DE2321405A1 - DEVICE FOR MONITORING A FLOWABLE MEDIUM - Google Patents

DEVICE FOR MONITORING A FLOWABLE MEDIUM

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DE2321405A1
DE2321405A1 DE19732321405 DE2321405A DE2321405A1 DE 2321405 A1 DE2321405 A1 DE 2321405A1 DE 19732321405 DE19732321405 DE 19732321405 DE 2321405 A DE2321405 A DE 2321405A DE 2321405 A1 DE2321405 A1 DE 2321405A1
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Germany
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resistor
detector
electromagnetic radiation
flowable medium
signals
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DE19732321405
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German (de)
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David W Mueller
Arnold Frederick Stalder
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Texas Instruments Inc
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Texas Instruments Inc
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    • G01N33/0004Gaseous mixtures, e.g. polluted air
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    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/85Investigating moving fluids or granular solids

Description

TEXAS INSTRURENTS INCORPORATED
13500 North Central Expressway
Dallas, Texas, V.St.A.
TEXAS INSTRURENTS INCORPORATED
13500 North Central Expressway
Dallas, Texas, V.St.A.

Vorrichtung zur Überwachung eines fließfähigenDevice for monitoring a flowable

MediumsMedium

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Überwachung eines fließfähigen Mediums und insbesondere auf
eine Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration -verschiedener Bestandteile einer Luft-oder Flüssigksitsprobe.
The invention relates to a device for monitoring a flowable medium and in particular to
a device for determining the concentration of various components of an air or liquid sample.

Die Konsentration verschiedener gasförmiger Bestandteile, aus denen eich die Atmosphäre an verschiedenen Orten
zusammensetzt, ist ein bedeutender Faktor für die Gesundheit, die Sicherheit und das Wohlbefinden der Allgemeinheit geworden. Die zu überwachenden Werte reichen von Prozentwerten bei Bestandteilen wie Sauerstoff bis zu Bruchteilswerten pro Milliarde bei Gasen wie Schwefeldioxid. Die
verfügbaren Analyseverfahren umfassen eine große Vielfalt von Charakteristiken, und wenn überhaupt, kann nur von
wenigen gesagt werden? daß sie universell anwendbar sind· Üblicherweise angewendete Analyseverfahren sind chemische Naßverfahren, thermochemische Verfahren, Gaschromatographie, Massenspektroskopie, optische Spektroskopie mit hohem
The concentration of different gaseous constituents that make up the atmosphere in different places
compound has become an important factor in the health, safety and wellbeing of the general public. The values to be monitored range from percentages for components such as oxygen to fractions per billion for gases such as sulfur dioxide. the
Analysis methods available encompass a wide variety of characteristics, and if any, can only be from
few be said? that they are universally applicable · Analysis methods commonly used are chemical wet methods, thermochemical methods, gas chromatography, mass spectroscopy, optical spectroscopy with high

Schw/BaSchw / Ba

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Auflösungsvermögen, FouriertransformationsSpektroskopie, Hadamardtransformationsspektroskopie, nichtstreuende Spektroskopie, mit Mikrowellen- und magnetischer Spinresonanz arbeitende Verfahren und elektrochemische Verfahren.Jedes dieser zur Zeit ausgeführten Verfahren weist Nachteile auf; das chemische Naßverfahren erfordert lange Zeitperioden zum Probensammeln für die Verwendung in einer Einrichtung, die nicht automatisiert v/erden kannj thermochemische Verfahren erfordern zeitraubende Verfahren zum Trennen der Bestandteile; die Gaschromatographie erfordert die Verfügbarkeit eines Trägergases; die Massenspektroskopie mit niedrigem Auflesungsvermögen erfordert geschickte Bedienungspersonens und es ist ihr nicht möglich, Kohlenmonoxid (CO) von Stickstoff (N2) zu unterscheiden.Die optische . Spektroskopie mit hohem Auflösungsvermögen erfordert ebenso wie die Fouriertransformationsspektroskopie und die Hadamardtransformationsspektroskopie die Verstärkung umfangreicher Laboreinrichtungen; die meisten verfügbaren nichtstreuenden Spektroskopieeinrichtungen erfordern für jeden zu messenden Bestandteil ein eigenes optisches System,und sie erfordern es, die optische Hardware stapelartig anzuordnen, so daß die Einrichtungen übermäßig unhandlich und teuer werden»Resolving power, Fourier transform spectroscopy, Hadamard transform spectroscopy, non-scattering spectroscopy, methods using microwave and magnetic spin resonance, and electrochemical methods. Each of these methods currently carried out has disadvantages; the wet chemical process requires long periods of sample collection for use in a facility that cannot be automated; thermochemical processes require time consuming processes to separate the components; gas chromatography requires the availability of a carrier gas; mass spectroscopy low Auflesungsvermögen requires skillful operators s and if it is not possible, carbon monoxide (CO) of nitrogen (N 2) to unterscheiden.Die optical. Spectroscopy with a high resolution, like Fourier transform spectroscopy and Hadamard transform spectroscopy, requires extensive laboratory facilities to be strengthened; most non-scattering spectroscopy equipment available requires a separate optical system for each component to be measured, and they require the optical hardware to be stacked, making the equipment excessively unwieldy and expensive »

Mit Hilfe der Erfindung soll eine nichtstreuende Vorrichtung zur Überwachung fließfähiger Medien geschaffen werden, die einfach und ,wirtschaftlich zu betreiben ist. Die mit Hilfe der Erfindung zu schaffende Vorrichtung zur Überwachung fließfähiger Medien soll über große Zeitperioden zuverlässig sein. Ferner soll mit Hilfe der Erfindung eine mit Mehrfachausnutzung arbeitende, nichtstreuende Vorrichtung zur Überwachung fließfähiger Medien geschaffen werden, die einfach geeicht und gewartet werden kann, wobei die Konzentrationen ausgewählter BestandteileWith the help of the invention a non-scattering device be created for monitoring flowable media, which is easy and economical to operate. The device for monitoring flowable media to be created with the aid of the invention is intended to be used over long periods of time to be reliable. Furthermore, with the aid of the invention, a multiple-use, non-scattering device is intended be created for monitoring flowable media that can be easily calibrated and maintained, being the concentrations of selected ingredients

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einer Probe des fließfähigen Mediums nahezu in Echtzeit angezeigt werden können.a sample of the flowable medium can be displayed in almost real time.

In Weiterbildung der Erfindung wird eine Luftüberwachungsvorrichtung geschaffen, die insbesondere für die Verwendung in explosionsgefährdeten Gebieten wie Minen, Tunnels, Mühlen und dergleichen geeignet ist. Die mit Hilfe der Erfindung zu schaffende Vorrichtung soll eine kompakte Größe und einen robusten Aufbau aufweisen.In a further development of the invention, there is an air monitoring device created especially for use in potentially explosive areas such as mines, tunnels, Mills and the like is suitable. The device to be created with the aid of the invention should be compact Be large and robust in construction.

Die erfindungsgemäße Ausführungsform ist für die Verwendung zum Feststellen und Messen gewünschter gasförmiger Bestandteile einer Luftprobe gedacht. Das zur Feststellung der Bestandteile und zu ihrer Messung angewendete Prinzip ist die Resonanzabsorption und die Anwendung des Beer1sehen Gesetzes, wo es anwendbar ist. Das Beer*sehe Gesetz drückt die Beziehung zwischen der Intensität (I) bei der Resonanzfrequenz und der Intensität (I0) in Abwesenheit eines Absorbers folgendermaßen aus:The embodiment of the invention is intended for use in determining and measuring desired gaseous constituents of an air sample. The principle used to identify the constituents and measure them is resonance absorption and the application of Beer 1 see law where applicable. Beer's law expresses the relationship between the intensity (I) at the resonance frequency and the intensity (I 0 ) in the absence of an absorber as follows:

ι - io6 -ECL (Dι - i o 6 - ECL (D

Dabei sind E der effektive Extinktionskoeffisient des verwendeten Systems, L die Weglänge und C die Absorberkonzentration. Für so niedrige Werte der Konzentration, des Extinktionskoeffizienten oder der Weglänge, daß ECL < 0,1 ist, kann der Exponentialausdruck in eine unendliche Reihe erweitert und nach dem Glied erster Ordnung abgebrochen werden;dies ergibtE is the effective extinction coefficient of the system used, L is the path length and C is the absorber concentration. For values of concentration, extinction coefficient or path length so low that ECL <0.1, the exponential expression can be expanded into an infinite series and terminated after the first-order term become; this results

e-ECL s 2 3 e -ECL s 2 3

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Ih diesem Fall ergibt sich durch Einsetzen dieses Ergebnisses in die Gleichung 1In this case, substituting this result into equation 1 gives you

I0 - I » ECL (3)I 0 - I »ECL (3)

Wenn die Bedingung ECL •>/> 0,1 gilt, dann kann der Exponentialausdruck nicht so einfach eliminiert werden, jedoch gilt dannIf the condition ECL •>/> 0.1 holds, then the exponential expression cannot be eliminated so easily, but then holds

ln(lo/l) = InI0 - InI = ECL (4)ln (l o / l) = InI 0 - InI = ECL (4)

Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung können die Gleichungen 3 und 4 auf elektronischem Wege verwirklicht werden. Die erfindungsgemäße Ausführungsform ist zwar für die Feststellung gasförmiger Bestandteile und die Messung der Konzentration von Gasen, die Resonanzabsorption aufweisen, anwendbar, doch ist eine bevorzugte Ausführungsförm für die Verwendung als Überwachungssystem zur Überwachung der Luft in einem Bergwerk gedacht. Somit sind die für die Gesundheit und die Sicherheit der Personals interessierenden Bestandteile, die festgestellt land hinsichtlich ihrer Konzentration gemessen werden sollen, das Element Sauerstoff (Cv,) und die Verbindungen Kohlenmonoxid(CQ), Kohlendioxid (CO2), Stickstoffdioxid (NO2) und Methan (CH^), Mit Ausnahme von Sauerstoff werden diese Gase dadurch festgestellt, daß bestimmt wird, ob in ihren entsprechenden Resonanzabsorptionsbändern eine Aktivität vorhanden ist; die Konzentration dieser zu messenden Gase müssen ihre typischen Konzentrationen enthalten, d„h. Konzentrationen, die zu Explosionen führen oder schädlich für das Personal sind. Die folgende Tabelle I zeigt die Wellenlängen ( λ-Werte),die kritischen Konzentrationswerte und das bei der erfindungsgemäßen Ausführung für die interessierenden Gase angewendete Feststellungsverfahren.According to the exemplary embodiment of the invention, equations 3 and 4 can be implemented electronically. While the embodiment of the present invention is applicable to the detection of gaseous constituents and the measurement of the concentration of gases exhibiting resonance absorption, a preferred embodiment is intended for use as a monitoring system for monitoring the air in a mine. The constituents of interest for the health and safety of the personnel, which are determined to be measured with regard to their concentration, are the element oxygen (Cv,) and the compounds carbon monoxide (CQ), carbon dioxide (CO 2 ), nitrogen dioxide (NO 2 ) and methane (CH ^), with the exception of oxygen, these gases are detected by determining whether there is activity in their respective resonance absorption bands; the concentration of these gases to be measured must contain their typical concentrations, ie. Concentrations that lead to explosions or are harmful to personnel. The following Table I shows the wavelengths (λ values), the critical concentration values and the method of determination used for the gases of interest in the embodiment according to the invention.

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Das Bezugssignal ( λ-Bezugswellenlänge) Ist für einen später noch zu beschreibenden Zweck eingefügt; es liegt in einer Bandbreite dicht bei den Probenbereichen der Gase, wo jedoch keine Probenabsorption und keine störende Absorption von irgendwelchen anderen Arten auftritt.The reference signal (λ reference wavelength) is for a added later for a purpose to be described; it is in a range close to the sample areas of the gases, however, where there is no sample absorption and no interfering absorption from any other species.

Tabelle I
Kritische Konzentrationswerte von Grubengasen
Table I.
Critical concentration values of mine gases

Gasgas Proben-λSample λ Bezugs—λReference-λ Konz.Conc. Verfahrenprocedure CH4 CH 4 3,4 um3.4 µm 4,04.0 <5.3a <5.3 a IRIR COCO 4,6 um4.6 µm 4,04.0 - <50ppm'b - <50ppm ' b IRIR CO2
NO2
CO 2
NO 2
4,3 yum
488θ2
4.3 yum
488θ2
4,0
6328A1
4.0
6328A 1
< 5000ppm
<5ppm
<5000ppm
<5ppm
IR
VIS
IR
VIS
°2° 2 435δ£435δ £ CC. Elek.Elec.

Kurz gesagt enthält die Ausführungsform nach der Erfindung, die das oben erwähnte Resonanzabsorptionsprinzip verwirklicht einen kompakten, stabilen, tragbaren, einkanaligen, mit Mehrfachausnutzung und Nichtstreuung arbeitenden Gasmonitor mit einem elektrooptischen System. Der optische Teil des Systems enthält eine Lichtquelle, die eine elektromagnetische Strahlung erzeugt,In short, the embodiment according to FIG Invention using the above-mentioned resonance absorption principle realizes a compact, stable, portable, single-channel, with multiple utilization and non-scattering working gas monitor with an electro-optical system. The optical part of the system contains a light source, which generates electromagnetic radiation,

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die von einem"weißen» optischen System einer bekannten Weglänge durch eine Probenkammer und durch jedes von mehreren Schmalbandfiltern in einem drehbaren Filter-Zerhacker zu einem Strahlaufspalter gelenkt wird, der die im sichtbaren Bereich liegende Energie (für NO2- Filter und Bezugsfilter für sichtbares Licht) zu einem Detektor und die im Infrarotbereich (für CH^-, CO-, CO2- und Infrarotbezugsfilter ) zu einem weiteren Detektor sendet. Die Detektoren erzeugen elektrische Probensignale und Bezugssignale einschließlich von Grundlinienbezugssignalen und Filterbezugssignalen für den elektrischen Teil des Systems. Die Probensignale werden automatisch von den Grundlinienbezugssignalen für eine Grundlinienverschiebung eingestellt, und die eingestellten Signale werden mit dem jeweiligen Filterbezugssignal verglichen, damit ein Differenzsignal erhalten wird, das der Konzentration der abgetasteten Bestandteile der Gasprobe entspricht. Die Konzentrationssignale werden iaultiplexiert und elektrisch an eine Alarm- und Anzeigevorrichtung angelegt, die eine Anzeige nahezu in Echtzeit bewirkt. In der Tabelle II sind Näherungswerte feststellbarer Minimalkonzentrationen Cm.„ für Gase in Zellen which is directed by a "white" optical system of a known path length through a sample chamber and through each of several narrow-band filters in a rotatable filter chopper to a beam splitter that converts the energy in the visible range (for NO 2 filters and reference filters for visible light ) to a detector and which sends in the infrared range (for CH ^, CO, CO 2 and infrared reference filters) to another detector. The detectors generate electrical sample signals and reference signals including baseline reference signals and filter reference signals for the electrical part of the system are automatically adjusted from the baseline reference signals for a baseline shift, and the adjusted signals are compared with the respective filter reference signals to obtain a difference signal corresponding to the concentration of the sampled constituents of the gas sample ctrically applied to an alarm and display device, which effects a display almost in real time. Table II shows approximate values of ascertainable minimum concentrations C m . "For gases in cells

minmin

verschiedenerWeglänge angegeben, wobei zur Trennung der Resonanzabsorptionslinien Schmalbandfilter verwendet werden.different path lengths, with narrow-band filters used to separate the resonance absorption lines will.

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Tabelle IITable II

GaseGases in Zellen mitin cells with cmin c min (ppm)(ppm) 10001000 ; verschiedenen; different 100100 WeglängenPath lengths 0,0330.033 1 (cm) =1 (cm) = 0,330.33 0,0100.010 GaseGases 1010 0,100.10 0,0330.033 COCO 0,330.33 0,0010.001 CO2 CO 2 3,33.3 0,010.01 CH4 CH 4 1,01.0 NO2 NO 2 3,33.3 0,10.1

Zusätzlich zu dem oben erwähnten Lichtmonitor sind zwei Hilfsmonitore vorgesehen. Erstens wird der Wert von Sauerstoff (O2) mit einer elektrochemischen Zelle gemessen und elektrisch in einen Konzentratiensmaßstab umgesetzt. Zweitens kann der Feuchtigkeitswert entweder in einem gewöhnlichen Feuchtigkeitsmesser zur Erzielung einer Wasserkorrekturkonstante (H2O) oder mit Hilfe der von der Feuchtigkeit hervorgerufenen Infrarotabsorption bei 1,4, 1,5 oder 2,7 yarn gemessen werden.In addition to the above-mentioned light monitor, two auxiliary monitors are provided. First, the value of oxygen (O2) is measured with an electrochemical cell and converted electrically to a concentrate scale. Second, the moisture value can be measured either in an ordinary moisture meter to obtain a water correction constant (H 2 O) or using the infrared absorption caused by the moisture at 1.4, 1.5 or 2.7 yarns.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigen:An embodiment of the invention is shown in the drawing shown. Show in it:

Fig.1 eine Ansicht eines Grubengasüberwachungsgeräts, . wobei zur Verdeutlichung der Darstellung ein Teil des Gehäuses weggebrochen ist,1 shows a view of a mine gas monitoring device. whereby a part of the housing has been broken away to clarify the illustration,

Fig.2 eine Frontansicht der Anordnung des Filter/Zerhacker-Rades, 2 shows a front view of the arrangement of the filter / chopper wheel,

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■ ■ . ■- 8 -■ ■. ■ - 8 -

Fig.3 ein Blockschaltbild der Elektronik einschließlich der Zusatzsysteme für Sauerstoff und Feuchtigkeit,Fig. 3 including a block diagram of the electronics the additional systems for oxygen and moisture,

Fig.4 ein Schaltbild eines "bei dem erfindungsgemäßen Gerät verwendeten rauscharmen Vorverstärkers,4 is a circuit diagram of a "in the inventive Device used low-noise preamplifier,

Fig.5 ein Schaltbild der Abtast- und Speicherschaltungen, die bei dem erfindungsgemäßen Gerät verwendet werden,Fig. 5 is a circuit diagram of the sampling and storage circuits, which are used in the device according to the invention,

Fig.6 ein Schaltbild der bei dem erfindungsgemäßen Gerät verwendeten Differenzverstärker,6 is a circuit diagram of the device according to the invention used differential amplifier,

Fig.7 ein Schaltbild der bei dem erfindungsgemäßen Gerät . verwendeten Log/Differenzverstärker,7 is a circuit diagram of the device according to the invention. used log / differential amplifier,

Fig.8 eine TeilSchnittansicht des Filter/Zerhacker-Rades und des Jochs sowie ein Blockschaltbild der synchron arbeitenden Abtast- und Steuereinheit,Figure 8 is a partial sectional view of the filter / chopper wheel and the yoke as well as a block diagram of the synchronously operating scanning and control unit,

Fig.9 ein Schaltbild der synchron arbeitenden Abtast- und SteuereinheitFig. 9 is a circuit diagram of the synchronously operating sampling and control unit

Fig. 10 ein Diagramm mit den von der synchronen Abtast- und Steuereinheit erzeugten Signalen,Fig. 10 is a diagram with the synchronous sampling and control unit generated signals,

Fig.11 ein Blockschaltbild der Filter-Schwellwertdetektor- und Anzeigeschaltungen,Fig. 11 is a block diagram of the filter threshold detector and display circuits,

Fig.12 ein Schaltbild der Filter- und Schwellwertdetektorschaltungen, Fig. 12 is a circuit diagram of the filter and threshold detector circuits,

Fig.13 ein Schaltbild der Treiberschaltungen für die Alarmanzeigeeinrichtungen, 13 is a circuit diagram of the driver circuits for the alarm display devices,

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Fig. 14 ein Schaltbild der Meßgeräteansteuermchaltung und des Meßgeräteeingabeschalters,14 shows a circuit diagram of the measuring device control circuit and the measuring device input switch;

Fig.15 ein Schaltbild des Transimpedanzverstärkers für die SauerstoffÜberwachungszelle,Fig.15 is a circuit diagram of the transimpedance amplifier for the Oxygen monitoring cell,

Fig.16 ein Schaltbild des bei dem erfindungsgemäßen Gerät verwendeten Gehäusetemperaturreglers und16 shows a circuit diagram of the housing temperature controller used in the device according to the invention and

Fig.17 ein Schaltbild des beim erfindungsgemäßen Gerät verwendeten Detektortemperaturreglers.17 is a circuit diagram of the device according to the invention used detector temperature controller.

Das in Fig.1 dargestellte Luftüberwachungsgerät enthält ein in Fächer unterteiltes Gehäuse 2, das beispielsweise aus Aluminium oder aus Aluminiumlegierungen mit weniger als Of5% Magnesium hergestellt ist. Das Gehäuse 2 enthält ein Elektronikfach 4, eine Probenkammer 6 mit einer Detektor -und Optikeinheit 8 sowie ein Energieversorgungsfach 10. Das Elektronikfach 4 kann gedruckte Schaltungsplatten mit den unten zu beschreibenden Schaltungen und eine Lichtquelle 12 aufnehmen, die beispielsweise eine Quarz-Jod-Lichtquelle sein kann, die im sichtbaren Bereich und im nahen Infrarotband stark strahlt. Zur Aktivierung der Lichtquelle wird Gleichstromenergie verwendet, damit eine Netzfrequenzmodulation verhindert wird, die unten beschriebene Datensignale einführt. Da die Lichtquelle ein Wärmeerzeuger ist, ist sie abgeschirmt, gerippt und mit einem Kühlkörper versehen, wozu dem Fachmann bekannte Anordnungen verwendet werden, die hier nicht näher beschrieben v/erden müssen.Zur Begrenzung der örtlichen Temperaturen und, wenn notwendig, zur thermischen Steuerung kann ein (nicht dargestelltes) örtliches Gebläse enthaltenThe air monitoring device shown in FIG. 1 contains a housing 2 which is subdivided into compartments and which is made, for example, of aluminum or of aluminum alloys with less than 5% magnesium. The housing 2 contains an electronics compartment 4, a sample chamber 6 with a detector and optics unit 8 and a power supply compartment 10. The electronics compartment 4 can accommodate printed circuit boards with the circuits to be described below and a light source 12, which can be a quartz-iodine light source, for example that radiates strongly in the visible range and in the near infrared band. DC power is used to activate the light source to prevent line frequency modulation that introduces data signals described below. Since the light source is a heat generator, it is shielded, ribbed and provided with a heat sink, for which arrangements known to those skilled in the art are used which need not be described in detail here. To limit the local temperatures and, if necessary, for thermal control include a local fan (not shown)

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sein. Die Lichtquelle 12 ist durch eine in^ einer Öffnung, in einer Trennwand 16 angebrachte Linse .14 gerichtet« Die Trennwand 16. trennt daä Elektronikfach 4 von der Proben- ;-vr kammer 6 ab.--//;-.- k^-,.-^':"- %^<':Φ=.:^'-^'Λ·\- ^-^^^-'.^y^^^ip-. be. The light source 12 is directed through a lens 14 mounted in an opening in a partition 16. The partition 16 separates the electronics compartment 4 from the sample chamber 6 - //; -.- k ^ -, .- ^ ': "- % ^ <': Φ =.: ^ '- ^' Λ · \ - ^ - ^^^ - '. ^ Y ^^^ ip-.

Die Probenlcaiimier 6 (Fig.iX enthält ein «weißes« Spiegel·-?^ V^ _ system;18.mit Mehrfachdurcialauf ,das,den optisclien Meßlängen- — -: weg von der Linie 14 durch die Probenkammer. 6 zu einer_ Linie < -.. 20 bildet, die ,auch, einJFenster für. den Lichtdurchlaß, in- d^e;^ : • Detektor-und Optikeinneit 8 bildete Das SpiegeXsystem 18..k-;-,r" enthält; drei^ sphärisch!'gekrümmte konkaye Spiegel 22, -24 und ' ; 26· mit.dem gleichen Krümmungsradius'.' Die Krümmungsmittelpunk- .^ te der Spiegel 22 und 26 liegen, auf der Vorderfläche des λ ; Spiegels 24, und der Krümmungsmittelpunkt des Spiegels"24 : liegt auf halbem Weg zwischen den Spiegeln 22 "und 26." Bei dieser Anordnung reflektiert, der Spiegel .22 das Licht von.-;^- der Lichtquelle 12 zum Spiegel .24, und der Spiegel- 26 re-^,;-: flektiert das Licht vom Spiegel 24 zur Linse ZO. Dieser Auf- , . bau des Systems. ergibt"· vier Durchlaufe ehe eine Abbildung -■.. auf der Linse 20 erzeugt wird. Vienn. die Spiegel 22 und 26. ι ": '■. symmetrisch in einem Winkel so eingestellt sind", daß ihre Krümmungsmittelpunkte dichter beisammenliegen, dann er- ;: ; füllen gewisse Winkelstellungen die; Geometriebedingungen; . Γ_ . für einen Mehrfachdurclilauf.- Die zweite Bedingung neben.:-- - '--■ aem: einfachsten Aufbau ist die,, daß drei Reflexionen am Λ '. · Spiegel 24 und zwei Reflexionen an jedem der.Spiegel .22 -■■' . _ und: 26 für eine Gesamtzahl von 8 Durchlaufen auftreten" ; müssen. Auf diese Weise können optische Wege mit unter- -λ . -schiedlichen Längen erzielt werden. Die Linsen 14 und 20 ,. müssen für Wellenlängen von 4880 S bis 4,6 um durchlässig.- . -: The sample limiter 6 (Fig.iX contains a "white" mirror system; 18. with multiple lengthways, the optical measuring length - - - : away from the line 14 through the sample chamber. 6 to a line < - .. 20 forms, which, also, a window for. The passage of light, in the; ^ e; ^ : • Detector and optics unit 8 forms the mirror system 18 .. k -; -, r " contains; three ^ spherical! ' curved concave mirrors 22, -24 and '; 26 · with .the same radius of curvature'. 'The centers of curvature. ^ te of mirrors 22 and 26 lie on the front surface of λ; mirror 24, and the center of curvature of mirror "24 : is located halfway between the mirrors 22 'and 26 "in this arrangement, the mirror reflects the light von.- .22; ^ - the light source 12 to the mirror .24, and the mirror 26 re- ^,; -: deflects the light from the mirror 24 to the lens ZO. This structure,. structure of the system. results in "· four passes before an image - ■ .. is generated on the lens 20. Vienn. the mirrors 22 and 26. ι " : '■. symmetrically set at an angle so are "that their centers of curvature together are closer, then ER;:; fill some angular positions which, geometry conditions; Γ_ for a Mehrfachdurclilauf.- The second condition neben.:-- - '- ■ AEM.. : the simplest structure is that "that three reflections at the Λ '. · mirror 24 and two reflections at each of the. mirrors .22 - ■■'. _ and: 26 occur for a total of 8 passages"; have to. In this way, optical paths with under- -λ. - Different lengths can be achieved. The lenses 14 and 20,. must be transparent for wavelengths from 4880 S to 4.6 µm. - :

■""■"" -.. - ■ ' ' ·· ■■■'.. ■ / - .""" .'■■--■ sein.Obgleich mehrere Materialien diese Eigenschaften auf- · weisen, wird Kai ζ ium fluor id (CaF9) als am geeignetsten ange-- '' sehen. Außerdem sind die Linsen beschichtet, damit Vorderflächenverluste auf ein Minimum verringert werden und damit, die■ "" ■ "" - .. - ■ '' ·· ■■■ '.. ■ / -. """.' ■■ - ■. Although several materials have these properties, Kai ζ ium fluoride (CaF 9 ) considered to be the most suitable. In addition, the lenses are coated so that anterior surface losses are reduced to a minimum and thus the

3098 46/08 7 9 ... .3098 46/08 7 9 ....

- GOPY- GOPY

Durchlässigkeit im interessierenden Spektrarbereich optimiertvird; die Spiegelndes Mehrfachdürchlauf-Spiegel- - systemsJ-sind mit Alumimium telegt und mit Aluminiumoxid ^ > beschichtet, damit di« Reflexionen bei den interessie«: " / renden Wellenlängen maximale-"""Werte annehmend Für die Feststellung und Konzentrationsmessung von Sauerstoff ist in der Probenkammer 6 eine elektroecheiaisclie galvanisehe Zelle 28 untergebrächt«"Es stehen;verschiedene ": iV: kommerzielle Sauerstoff detektorzelleiizur Verfügung j " :vv^ beispielsweise das Modell" PO--16Ö-L der1 Technplbgi© ·—· Inc· ^ doch ist die Sauerstoff zelle 28 eine galvanische \" Grundzelle, die "auf ein niedriges Potential vorgespannt ist^ damit gewährleistet wird,, daß nur' der Zellensauer->-" stoff "reduziert wird* ;: : ^;: Λ --·: \ '-Ή ^ - :' " %:::-:,:;Transmittance is optimized in the spectral range of interest; The reflective systems of the multiple pass-through mirror are coated with aluminum and coated with aluminum oxide, so that the reflections at the wavelengths of interest assume maximum values sample chamber 6 untergebrächt a elektroecheiaisclie electroplating see cell 28 "" There are, different ": year: commercial oxygen detektorzelleii available j": vv ^ for example, the model "PO - is · Inc · ^ but - 16Ö-L of 1 Technplbgi © · the oxygen cell 28 is a galvanic "basic cell" which is biased to a low potential, ensuring that only the cell acid is reduced *; : ^; : Λ - · : \ '-Ή ^ -:' "% ::: - :, : ;

Der Vorstrom j der der Sauerstoffkonzentration direkt ;: - y proportional ist, liegt im Bereich von 0,1 bis 10" Auf diese ¥eise zeigt eine einfache' Messung des Zellen- V " Stroms den prozentualen Anteil des Sauerstoffs - in der-- t . ' Probenkammer 6 an. .- Λ: v -.-"-""- -'-*" ■;.;' :·;^. '":" -.. ■ .. — "■"·■-· V- ' The bias current j which is directly proportional to the oxygen concentration;: - y is in the range from 0.1 to 10 "In this way, a simple 'measurement of the cell V" current shows the percentage of oxygen - in the - t . ' Sample chamber 6 on. .- Λ: v -.- "-""--'-*"■;.;' : ·; ^. '":" - .. ■ .. - "■" · ■ - · V-'

Zur Bestimmung der Feuchtigkeit der Luftprobe ist · 'r r,-in der Probenkammer ein Feuchtigkeitsmesser 30 be- · ; '■ ' festigt, der ein Konzentrationskörrektursignal für .' - ' ; die C0-und N20-Signale in einer nachfolgend beschriebenen ' Schwellv;ertdetektorschaltung liefert. Der Feuchtigkeitsmesser 30 kann beispielsweise ein von der Firma Phys-Chemical Research Corp. hergestellte Feuchtigkeitsmesser PCRC-55 sein, doch sind auch andere Feuchtigkeitsmesser im Handel erhältlich; da diese Vorrichtung dem Fachmann · bekannt ist, braucht sie hier nicht näher beschrieben .- ■-.-zu v/erdeh. In dieN Probenkaiiimer. 6 wird über einen LufteinlaßTo determine the humidity of the air sample, a humidity meter 30 is installed in the sample chamber; '■' solidifying a concentration correction signal for. ' - '; supplies the C0 and N 2 0 signals in a threshold detector circuit described below. The moisture meter 30 can, for example, be a device available from Phys-Chemical Research Corp. manufactured PCRC-55 moisture meters, but other moisture meters are also commercially available; Since this device is known to the person skilled in the art, it does not need to be described in more detail here. In the N sample buckets. 6 is via an air inlet

30 9"SA8/0 879"30 9 "SA8 / 0 879"

/ ■.■■.-"■"■...·/ ■. ■■ .- "■" ■ ... ·

232H0232H0

(Fig.1) und einen Luftauslaß 34 eine kontinuierliche Luftprobe bezogen, wobei der Einlaß und der Auslaß besonders dafür ausgelegt sind, daß eine aus der Kammer entweichende Flamme auf ein Minimum verringert wird. Ein Lufteinlaß 32 ist mit einem mit einem Flansch versehenen Filterbecher 32 und mit einem mit einem Flansch versehenen Flammenhemmbecher 38 ausgestattet; die beiden Becher sind mit Hilfe eines mit einem Flansch versehenen durchlöcherten Trennteils 40 voneinander getrennt. Der Flammenhemmbecher 38 ist in eine dafür vorgesehene Öffnung im Gehäuse 2 eingeschoben, und das Trennteil 40 ist zusanmen mit dem Filterbecher 36 über den Flammenhemmbecher 38 geschoben und durch Schrauben 42, die sich durch die Flansche in Gewindeöffnungen im Gehäuse 2 erstrecken, am Gehäuse 2 befestigt. Der Filterbecher 36 ist mit einer durchlöcherten Grundfläche 44 ausgestattet, und er enthält einen geeigneten Filter 46, der beispielsweise ein Kunststoffschaumfilter sein kann. Der Flammenhemmbecher 38 ist mit einer durchlöcherten Bodenfläche ausgestattet, und er enthält mehrere Abschirmscheiben 50, die jeweils mittels einer durchlöcherten Platte 52 voneinander getrennt sind. Das mit Löchern Versehene Trennteil 40 macht es möglich, daß durch den Filterbecher 36 und den Flammenhemmbecher 38 Luft in die Probenkammer gezogen wird. Der Auslaß 34 ist gegenüber dem Lufteinlaß in der Wand des Gehäuses 2 angebracht. Der Auslaß 34 ist im wesentlichen in der gleichen Weise wie der Lufteinlaß aufgebaut; er enthält ebenfalls einen Flammenhemmbecher 54, der im Aufbau dem Flammenhemmbecher am Lufteinlaß entspricht. Der Filter 56 ist unterschiedlich, und er kann irgendein Faserfilter sein, der sich für die Verwendung mit einem Abluftgebläse eignet. Am Auslaß ist ein Abluft-(Fig.1) and an air outlet 34 a continuous air sample related, with the inlet and the outlet specially designed for that one escaping from the chamber Flame is reduced to a minimum. An air inlet 32 is flanged with a filter cup 32 and fitted with a flanged flame retardant cup 38; the two cups are separated from one another by means of a perforated separating part 40 provided with a flange. The flame retardant mug 38 is pushed into an opening provided for this purpose in the housing 2, and the separating part 40 is together with the filter cup 36 over the flame retardant cup 38 pushed and by screws 42, which extend through the flanges into threaded openings in the housing 2, attached to the housing 2. The filter cup 36 is equipped with a perforated base area 44, and it contains a suitable filter 46, which can be, for example, a plastic foam filter. The flame retardant mug 38 is equipped with a perforated bottom surface, and it contains several shielding discs 50, which are each separated from one another by means of a perforated plate 52. The dividing part provided with holes 40 allows air to enter the sample chamber through filter cup 36 and flame retardant cup 38 is pulled. The outlet 34 is arranged opposite the air inlet in the wall of the housing 2. The outlet 34 is constructed in essentially the same way as the air inlet; it also contains a flame retardant cup 54, which corresponds in structure to the flame retardant cup at the air inlet. The filter 56 is different and it can any fiber filter suitable for use with an exhaust fan. At the outlet is an exhaust air

30 9 η ; β/0 8 7 930 9 η; β / 0 8 7 9

232140232140

gebläse 58 befestigt, damit die Luftprobe in die Probenkammer gesaugt und wieder aus ihr entfernt wird. Ein Raum für die Detektor- und Optikeinheit 8 vollendet die L-förmige Probenkammer 6. .Fan 58 attached so that the air sample is sucked into and removed from the sample chamber. A space for them Detector and optical unit 8 completes the L-shaped sample chamber 6.

Die Detektor- und Optikeinheit S (FIg.1 und 2) enthält ein Filter/Zerhacker-Rad 60 , das an eineis Ende einer zentrisch angebrachten Welle 62 befestigt ist, die in (nicht dargestellten), am Gehäuse 2 befestigten Lagern gelagert ist· Am anderen Ende der Welle 62 sitzt eine Riemenscheibe 64, die über einen Zahnriemen 72 mit einer Riemenscheibe 66 in Verbindung steht,die auf dem Anker 68 eines Synchronmotors 70 befestigt ist. Der Synchronmotor 70 dreht sich vorzugsweise mit einerDrehzahl von 1800 Umdrehungen pro Minute, und die Riemenscheiben 64 und 66 sind so ausgelegt« daß sie ein Verhältnis von 47:30 erzeugen iaid das Filter/ Zerhacker-Rad 60 mit 2820 Umdrehungen pi© Minute (47Hz) drehen. Diese Drehzahl wird bevorzugt verwendet, da sie 60-Hz-Störungen vermeidet und die Lebensdauer der beim Antriebssystem für das Filter/Zerhacker-Rad verwendeten Lager auf maximale Werte erhöht.The detector and optical unit S (Figs. 1 and 2) contains a Filter / chopper wheel 60 attached to one end of a centrally mounted shaft 62 shown in (not shown), bearings attached to the housing 2 at the other end of the shaft 62 sits a pulley 64, which is connected to a pulley 66 via a toothed belt 72, which is on the armature 68 of a synchronous motor 70 is attached. The synchronous motor 70 preferably rotates with a speed of 1800 revolutions per minute, and the pulleys 64 and 66 are designed «that they produce a ratio of 47:30 iaid the filter / Chopper wheel 60 with 2820 revolutions pi © minute (47Hz) turn. This speed is preferred because it avoids 60 Hz interference and extends the service life of the Drive system used for the filter / chopper wheel Camp increased to maximum values.

Das Filter/Zerhacker-Rad 60(Fig.2) enthält Filter 739 74, 75, 76,, 77 lind 78, die gleich weit voneinander und von der Nabe 80 der Welle 62 entfernt sind5 damit zwischen den Filtern ein Raum für eins Grundlinlenabtastung des Filter/Zerhacker-Rads geschaf£enlraLr&s deretwa gleich dem für die Signalabtast'oag verfügbaren Rau® ist. Jedes Filter hat einen solchen. JjizrohmBsser 9 daß. der Querschnitt des ciarauf fallenden EnergieStrahls etwa ein Drittel des Fllterdurchmssssrs "beträgt 9 damit eine Abtastung beim Impulsdaehbereick ©Ines imo) The filter / chopper wheel 60 (Figure 2) contains filter 73 9 74, 75, 76 ,, 77 lind 78 which are equidistant from each other and from the hub 80 of the shaft 62 so that between the filters 5, a space for one Baseline scanning of the filter / chopper wheel created l raLr & s which is approximately equal to the Rau® available for the signal scanning oag. Every filter has one. JjizrohmBsser 9 that. the cross section of the energy beam ciarauf covered about one third of Fllterdurchmssssrs "is 9 so that a sampling at the Impulsdaehbereick © Ines imo)

309 8 4 6/0879309 8 4 6/0879

232K05232K05

förmigen Steuersignals oder eines Steuersignals aus Spitzenimpuleen mit abgeflachten Oberenden gewährleistet wird, wie unten noch genauer beschrieben wird, damit eine konstant genaue Abtastung erzielt wird. Die im Infrarotfrequenzbereich verwendeten Filter haben eine Intensitätshalbwert sbreite von 0,15 Pf und die im Sichtbaren Frequenzbereich verwendeten Filter haben eine. Intensitätshalbwertsbreite von 30 2.$ die bei den Bestandteilsfiltern um die Wellenlängen mit starker Absorption und bei den Bezugsfiltern um die niehtabsorMerenden Bereiche liegen* Im einzelnen heißt das folgendes ι Das Bezugsfilter 73 für sichtbares Licht liegt.bei Hl· 15 i bei einer Mittelfrequenz von 6328 £ ; das Kohlenmonoxidfilter 74 liegt bei + 0,075 /um bei einer Mittelfrequenz von 4,6 pm; das Kohlendioxidfilter 75 liegt'bei + 0f075 jsm bei "einer Mittelfrequens von 4,3 Jim | das Stickstoffdioxidfilter 76 liegt bei + 15 S bei einer Mittelfrequenz von 4880 £ oder 4358 £ das. Bezugsfilter 77 für infrarotes Licht liegt bei + 0,075/uro bei einer'Mittelfrequenz von 4„00 am; das Methanfilter liegt.bei + O?O75 jam bei einer Mittelfrequenz von 3,4/Uin.Shaped control signal or a control signal of peak pulses with flattened upper ends is ensured, as will be described in more detail below, so that a constant accurate scanning is achieved. The filters used in the infrared frequency range have an intensity half-value width of 0.15 P f and the filters used in the visible frequency range have a. Intensity half-value width of 30.2 $ which in the component filters is around the wavelengths with strong absorption and in the reference filters around the non-absorbent areas £; the carbon monoxide filter 74 is + 0.075 / µm at a center frequency of 4.6 µm; The carbon dioxide filter 75 is at + 0 f 075 jsm at "a mean frequency of 4.3 Jim | the nitrogen dioxide filter 76 is at + 15 S at a mean frequency of £ 4880 or £ 4358 the. Reference filter 77 for infrared light is at + 0.075 / uro at a mean frequency of 4 "00 am; the methane filter is at + 0 ? O75 jam at a mean frequency of 3.4 / Uin.

Elektrische Signale zur Mehrfachausnutzung des optischelektronischen Systems zur Abtastung des Filter/Zerhacker- Rades 60 und seiner Filter v/erden laitHilfe einer Blendenanordnung in dem Filter/Zerhacker-Rad 60 erzielt, die mit einem Joch zusammenwirkt s das nachfolgend erläuterte Lichtquellen und- Wandler trägt« Am Umfang des Filter/ Zerhacker-Rades 60 sind mehrere Start- und Stop-Löcher 82 angebrachte Diese Löcher 82' sind paarweise zwischen den Filtern angebracht, damit Zeitsteuersignale für ein Abtasten des FiIter/Zerhacker-Rades 60 unmittelbar vor der Abtastung des folgenden Filters zur Erzeugung des Grundliniensignals gelMert vrerdeno Eine entsprechendeObtained electrical signals for multiple use of the optical-electronic system for scanning the filter / chopper wheel 60 and its filter v / ground laitHilfe a diaphragm arrangement in the filter / chopper wheel 60 which carries a yoke s cooperates explained below light sources and-converter " A plurality of start and stop holes 82 are made on the circumference of the filter / chopper wheel 60. These holes 82 'are made in pairs between the filters to allow timing signals for scanning the filter / chopper wheel 60 immediately before the scanning of the following filter generation of the baseline signal o vrerden gelMert A corresponding

3 0 9 8 4 6/08793 0 9 8 4 6/0879

Anzahl von Start-und Stop-Löchern 84 befindet sich dicht bei der Nabe 80; diese Löcher 84 sind bezüglich ihres Filters paarweise angebracht, damit Start- und Stop-Signale für ein Abtasten jedes Filters des Filter/Zerhacker-Rades 60 erzeugt werden. Zwischen den Start- und Stop-Löchern 82 und 84 und nach dem Filter 73 ist in dem Filter/ Zerhacker-Rad 60 ein Synchronisierungsloch 86 angebracht, damit ein Synchronisierungssignal zum Rücksetzen der zugehörigen Steuerelektronik nach jeder Umdrehung des Rades erzeugt wird.Das Synchronisierungsloch 86 ist in einer solchen Lage angebracht, daß das Rücksetzsignal im richtigen Zeitpunkt für einen erneuten Ablauf des Abtastvorgangs erzeugt wird. Diese Öffnungen 82, 84 und 86 arbeiten mit Lichtquellen und Lichtdetektoren in einem Joch 88 für das Filter'Zerhacker-Rad 60 zusammen, damit Multiplexsignale erzeugt werden, wie später noch beschrieben wird. Das Joch 88 (Fig.1 und Fig.8) ist am Gehäuse des Überwachungsgeräts so befestigt, daß der die Start- und Stop-Löcher 82 und 84 und das Synchronisierungsloch enthaltende Abschnitt des Filter/Zerhacker-Rades 60 zwischen den Schenkeln 90 und 92 des Jochs verläuft. Die Schenkel 90 und 92 (Fig. 8) sind mit Durchführungen 118, 120 und 122 sowie 118· , 120* und 122» versehen, die in einer Linie mit den Start- und Stop-Löchern 82 und 84 und mit dem Synchronisierungsloch 86 liegen, wenn diese Löcher durch die Schenkel 90 und 92 des Jochs 88 bewegt werden. Zur Vereinfachung des Jochaufbaus ist das Joch außerhalb der von der Signalöffnung 20 ausgehenden optischen Bahn angebracht. Somit liegen die einem gegebenen Filter zugeordneten Zerhackerlöcher von dem Filter entfernt; sie müssen jedoch nicht notwendigerweise um 180° versetzt sein.The number of start and stop holes 84 are located close to the hub 80 ; these holes 84 are made in pairs with respect to their filter so that start and stop signals for scanning each filter of the filter / chopper wheel 60 are generated. A synchronization hole 86 is made in the filter / chopper wheel 60 between the start and stop holes 82 and 84 and after the filter 73, so that a synchronization signal for resetting the associated control electronics is generated after each revolution of the wheel. The synchronization hole 86 is mounted in such a position that the reset signal is generated at the right time for a new run of the scanning process. These openings 82, 84 and 86 cooperate with light sources and light detectors in a yoke 88 for the filter chopper wheel 60 so that multiplex signals are generated, as will be described later. The yoke 88 (FIG. 1 and FIG. 8) is attached to the housing of the monitoring device in such a way that the section of the filter / chopper wheel 60 containing the start and stop holes 82 and 84 and the synchronization hole is between the legs 90 and 92 of the yoke runs. The legs 90 and 92 (FIG. 8) are provided with feedthroughs 118, 120 and 122 as well as 118 *, 120 * and 122 »which are in line with the start and stop holes 82 and 84 and with the synchronization hole 86 when these holes are moved through legs 90 and 92 of yoke 88. To simplify the yoke structure, the yoke is attached outside of the optical path extending from the signal opening 20. Thus, the chopper holes associated with a given filter are remote from the filter; however, they do not necessarily have to be offset by 180 °.

309846/0879309846/0879

232H05232H05

Der Schenkel 90 enthält Lichtquellen 94, die in den Durchführungen 118, 120 und 122 befestigt sind. Der Schenkel 92 enthält als Wandler Phototransistoren 96, die in den Durchführungen 118«, 120* und 122» befestigt sind. Dieses Lihtsystem liefert die BetriebsSteuer- oder Multiplexsignale, wie unten im Zusammenhang mit der Steuereinheit des Systems noch beschrieben wird.The leg 90 contains light sources 94 in the bushings 118, 120 and 122 are attached. The leg 92 contains phototransistors 96 as a converter, which are in the Bushings 118 ", 120 * and 122" are attached. This Light system supplies the operating control or multiplex signals, as will be described below in connection with the control unit of the system.

Der optische Weg (Flg.1) der elektromagnetischen Welle verläuft vom Filter/Zerhacker-Rad 60 zu einem Strahlspalter 98, der einen hohen Anteil des sichtbaren Lichts zu einem Detektor 102 reflektiert, während er einen hohen Anteil des einfallenden Infrarotlichts zu einem Detektor 100 überträgt. Der normalerweise verwendete Winkel des Strahlspalters von 45° kann geändert werden, damit die Trennung des sichtbaren Lichts vom Infrarotlicht optimiert wird. Der Detektor 100 (Fig.1) für infrarotes Licht kann aus einem geeigneten Material hergestellt sein, das im gewünschten Frequenzbereich wirksam ist. Zur Grubengasüberwachung wird ein Bleiselinid-Photowiderstandsdetektor (PbSe) verwendet, da sich sein Frequenzbereich über das 4,6 um-Band hinaus erstreckt, das die Infrarotabsorptionsbereiche von Kohlenmonoxid (4,6 um) , Kohlendioxid (4,3yum) , Methan (3,4 ium) und der Fensterbezugsgröße von 4,0um deckt. Der Infrarotdetektor 100 wird zur Erzielung der erforderlichen Empfindlichkeit mit Hilfe eines (nicht dargestellten) Kühlsystems gekühlt. Ein geeigneter Detektor ist das Modell OTC-12 von Opto-Electronics,. das. einen eingebauten thermischen elektronischen Kühler besitzt, der den Kühlanforderungen des Detektors genügt. Der Detektor 102 für sichtbares LichtThe optical path (Fig. 1) of the electromagnetic wave runs from filter / chopper wheel 60 to a beam splitter 98, which has a high proportion of visible light to a detector 102 while it reflects a high proportion of the incident infrared light to a Detector 100 transmits. The normally used 45 ° beam splitter angle can be changed to accommodate the Separation of visible light from infrared light is optimized. The detector 100 (Fig.1) for infrared light can be made of a suitable material that is effective in the desired frequency range. For mine gas monitoring A lead linide photoresistive detector (PbSe) is used because of its frequency range extends beyond the 4.6 µm band that defines the infrared absorption regions of carbon monoxide (4.6 µm), carbon dioxide (4.3 µm), methane (3.4 µm) and the window reference size of 4.0um. The infrared detector 100 is used to achieve the required sensitivity a (not shown) cooling system cooled. A suitable detector is the model OTC-12 from Opto-Electronics. that has a built-in thermal electronic cooler that meets the cooling needs of the Detector is sufficient. The visible light detector 102

30 9846/087930 9846/0879

232H05232H05

kann beispielsweise ein Silizium-Sperrschicht-Photodetektor sein, der die Absorption von Stickstoffdioxid (NO2) bei 4880 Ül und den kurzwelligen Bezugswert im 6328 £ -Fenster mißt. Das Energieversorgungsfach 10 mit einer (nicht dargestellten) Energiezuführung vervollständigt den Innenaufbau des Gehäuses 2.For example, it can be a silicon barrier layer photodetector, which measures the absorption of nitrogen dioxide (NO 2 ) at 4880 Ül and the short-wave reference value in the 6328 £ window. The energy supply compartment 10 with an energy supply (not shown) completes the internal structure of the housing 2.

In der an das Elektronikfach 4 angrenzenden Außen-i wand des Gehäuses ist ein Anzeige- und Bedienungsfeld vertieft angebracht. Das Anzeige- und Bedienungsfeld 104 (Fig.1) enthält den Meßgerätwählschalter 106, das Meßgerät 108, grüne Lampen 110,rote Lampen 112 , einen Prüfsteuerknopx· 114 und einen Lautsprecher 116 für ein hörbares Alarmsignal; die Anzeigeeinrichtungen sprechen dabei auf die unten beschriebenen elektronischen Schaltungen an.In the exterior i, which is adjacent to the electronics compartment 4 A display and control panel is recessed on the wall of the housing. The display and control panel 104 (Fig.1) contains the meter selector switch 106, the meter 108, green lamps 110, red lamps 112, a test control button 114 and a loudspeaker 116 for an audible alarm signal; the display devices respond to the electronic circuits described below.

Die im Elektronikfach 4 enthaltenen Schaltungsplatten enthalten die nun zu beschreibenden elektronischen Schaltungen.Die Ausgangssignale des Detektors 102 ('Fig.3) für sichtbares Licht sind an einen Vorverstärker 118 angekoppelt, dessen Grundlinienausgangssignal an eine Abtast- und Speicherschaltung 120, dessen Bezugsausgangssignale an eine Abtast- und Speicherschaltung 122 und dessen NO2-Abtastsignale an eine Abtast- und Speicherschaltung 124 angelegt sind. In gleicher Weise sind die Ausgangssignale des Infrarotdetektois 100 an einen Vorverstärker 126 angekoppelt, dessen Grundlinienaußgangssignale an eine Abtast- und Speicherschaltung 128 und dessen Bezugs-, CO-, CO2- und CH/j-Aus gangs signale jeweils an Abtast- und Speicherschaltungen 130, 131, 132 und 133 angelegt sind. Die Abtast- und Speicherschaltungen 120 und 128 liefern nach Empfang von Steuerimpulsen von einer Steuer-The circuit boards contained in the electronics compartment 4 contain the electronic circuits now to be described. The visible light detector 102 ('Fig. 3) output signals are coupled to a preamplifier 118, its baseline output signal to a sampling and storage circuit 120, its reference output signals to a sampling and storage circuit 122 and its NO 2 sampling signals are applied to a sampling and storage circuit 124. In the same way, the output signals of the infrared detector 100 are coupled to a preamplifier 126, its baseline output signals to a sampling and storage circuit 128 and its reference, CO, CO 2 and CH / j output signals to sampling and storage circuits 130, respectively , 131, 132 and 133 are applied. The sampling and storage circuits 120 and 128 provide after receiving control pulses from a control

3 G :' >-U B / 0 8 7 93 G: '> -U B / 0 8 7 9

einheit Eingangssignale für die Abtast- und Speicherschartungen 122 und 124 bzw. für die Abtast- und Speicherschaltungen 130 bis 133.unit of input signals for the scanning and memory mapping 122 and 124 and for the sample and store circuits 130 to 133, respectively.

Es ist festgestellt worden, daß für CO und NO2 der Exponent (-ECL) der Gleichung (1) durch die erstan zwei Glieder der Taylor-Reihenentwicklung linear angenähert werden kann. Wenn also die Differenz zwischen dem Bezugssignal und dem Abtastsignal gebildet wlrdj entsteht ein Signal, das der Konzentration propori±>nal ist. Daher wird zur Bestimmung der Konzentration der Gase CO und NO2 ein Differenzverstärker verwendet. Bei den Gasen CO0 und CH/, sind weder die lineare Näherung noch der logarithmische Ausdruck der Gleichung (4) gültig. Somit können entweder ein Differenzverstärker oder der beschriebene logarithmische Differenzverstärker verwendet werden, deren Ausgangssignale nur bezogen auf die Meßgeräteskala zur Anzeige der Konzentrationen von CO2 und CH^ den Konzentrationen proportional sind. Daher empfangen der Differenzverstärker 134 und die logarithmischen Differenzverstärker 136 und 138 als eine Eingangsgröße Bezugssignale von der Abtast- und Speicherschaltung 130, wenn diese durch ein Signal von der Steuereinheit getriggert wirdj der Differenzverstärker 140 empfängt als eine Eingangsgröße ein Bezugssignal von der Abtast-und Speicherschaltung 122. Die Abtast- und Speicherschaltungen 131» 132, 133 und 124 werden dann nacheinander von der Steuereinheit getriggert, damit sie für die Differenzverstärker und die logarithmischen Differenzverstärker Eingangssignale folgendermaßen liefern: Die Abtast- und Speicherschaltung 131 liefert an den Differenzverstärker 134 ein Signal, das Kohlenmonoxid anzeigt:It has been found that for CO and NO 2 the exponent (-ECL) of equation (1) can be approximated linearly by the first two terms of the Taylor series expansion. If the difference between the reference signal and the scanning signal is formed, a signal is produced which is proportional to the concentration. A differential amplifier is therefore used to determine the concentration of the gases CO and NO 2. For the gases CO 0 and CH /, neither the linear approximation nor the logarithmic expression of equation (4) are valid. Thus, either a differential amplifier or the logarithmic differential amplifier described can be used, the output signals of which are proportional to the concentrations only in relation to the measuring device scale for displaying the concentrations of CO 2 and CH ^. The differential amplifier 134 and the logarithmic differential amplifiers 136 and 138 therefore receive reference signals as an input variable from the sampling and storage circuit 130 when this is triggered by a signal from the control unit. The differential amplifier 140 receives a reference signal as an input variable from the sampling and storage circuit 122 The sampling and storage circuits 131-132, 133 and 124 are then successively triggered by the control unit so that they supply input signals for the differential amplifiers and the logarithmic differential amplifiers as follows: The sampling and storage circuit 131 supplies the differential amplifier 134 with a signal which is carbon monoxide indicates:

309 8 46/0879309 8 46/0879

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die Abtast- und Speicherschaltung 132 liefert an den logarithmischen' Differenzverstärker 136 ein Signal, das Kohlendioxid anzeigt; die Abtast- und Speicherschaltung 148 liefert an den logarithiaisehen Differenzverstärker 138 ein Signal, das Methan anzeigt; die Abtast- und Speicherschaltung 136 liefert an den Differenzverstärker 140 ein Signal, das Stickstoffdioxid anzeigt. Die Ausgangssignale derDifferenzverstärker 134 und und der logarithmischen Differenzverstärker 136 und sind Signale, die die Konzentrationen von Kohlenmonoxid (hinsichtlich H20-Binflüssen nicht korrigiert) , Stickstoffdioxid, Kohlenstoffdioxid bzw. Methan repräsentieren. Das Kohlenmonoxidsignal aus dem Verstärker 134 wird einem Wasserdampfkorrekturverstärker 141 zugeführt, und die Ausgangssignale der Verstärker 141, 136, 138 und 140 werden als Eingangssignal an Schwellwertfetektor- und Anzeigeschaltungen 142 und an die Klemmen eines Sechsfach-Umschalters 144 gelegt. Da das Filter/ Zerhacker-Rad 60 pro Sekunde 47 Umdrehungen ausführt, wird jeder Bestandteil der Probe in einer Sekunde siebenundvierzigmal abgetastet.the sample and store circuit 132 provides the differential logarithmic amplifier 136 with a signal indicative of carbon dioxide; sample and store circuit 148 provides a signal to differential log amplifier 138 indicative of methane; the sample and store circuit 136 provides the differential amplifier 140 with a signal indicative of nitrogen dioxide. The output signals of the differential amplifiers 134 and and the logarithmic differential amplifiers 136 and are signals representing the concentrations of carbon monoxide ( uncorrected for H 2 O flows), nitrogen dioxide, carbon dioxide and methane, respectively. The carbon monoxide signal from amplifier 134 is fed to a water vapor correction amplifier 141, and the output signals from amplifiers 141, 136, 138 and 140 are input to threshold detector and display circuits 142 and to the terminals of a six-way switch 144. Since the filter / chopper wheel rotates 47 revolutions per second 60, each component of the sample is scanned forty-seven times in one second.

Die zur Messung der Sauerstoffkonzentration der Luftprobe verwendete zusätzliche Sauerstoffüberwachungsschaltung (Fig.3) enthält die Sauerstoffzelle 28. Die Zelle 28 kann eine von vielen im Handel erhältlichen Zellen sein, beispielsweise das Modell PO-I6O L von Technology Inc. Die Zelle 28 ist an eine Vorstromquelle 126 angeschlossen. Das Ausgangssignal der elektrochemischen Zelle 28 hat einen hohen Wert, so daß der Rechenverstärker 148, der in einem Transimpodanz- oder Strombetrieb arbeitet,The additional oxygen monitoring circuit used to measure the oxygen concentration in the air sample (Fig.3) contains the oxygen cell 28. The Cell 28 can be any of a number of commercially available cells, such as the Model PO-16O L of US Pat Technology Inc. Cell 28 is connected to a bias power source 126 connected. The output signal of the electrochemical cell 28 has a high value, so that the operational amplifier 148 who works in a transimpodance or current mode,

30£846/087930 £ 846/0879

direkt den Strom überwacht. Der Sauerstoffreduktionsstrom durch die Zelle 28 wird durch die Rückkopplungsschaltung des Verstärkers ausgeglichen. Der Verstärker 148 ist mit einer Pegelverschiebungsanordnung 150 ausgestattet, damit ein Spannungswert von 10 Volt für einen vollen Skalenausschlag entsprechend einem Zellenstrom von 1 nA erzeugt wird. Das Ausgangssignal der Pegelverschiebungsanordnung 150 gelangt an die Schwellwertdetektor-und Anzeigeschaltung 142 und an den Schalter 144. Einzelheiten der Schaltung werden später noch genauer beschrieben.directly monitors the current. The oxygen reduction stream through cell 28 is balanced through the feedback circuit of the amplifier. The amplifier 148 is with a level shifting arrangement 150, so that a voltage value of 10 volts for a full scale deflection is generated corresponding to a cell current of 1 nA. The output signal of the level shifting arrangement 150 reaches the threshold detector and display circuit 142 and the switch 144. Details of the circuit will be described in more detail later.

Das Ausgangssignal des Feuchtigkeitsmessers 30 kann zum Korrigieren der Wasserdampfabsorption verwendet werden, die die CO-Messung stören könnte. Der Ablesewert des Feuchtigkeitsmessers kann zusammen mit der Temperatur der Probe zur Feststellung der Konzentration des Wasserdampfs in der Probe verwendet werden. Die Absorption bei 4,6 yum erfolgt wegen der Anwesenheit von CO und H2O. Die Extinktionskoeffizienten dieser Gase bei 4,6 um unter Verwendung ßines Bandpaßfilters sind mit etwa 3x10 ' (ppm"1 cm"1) für CO und 3x10~9(ppm"1cm"1) für H2O gemessen worden. Wasserdampfgesättigte Luft bei einer Temperatur von 240C (75°F) enthält etwa 32 000 ppm H2O. Wenn zwei Gase zur Absorption bei der gleichen Wellenlänge beitragen, dann nimmt die Gleichung, die die übertragene Intensität in Beziehung setzt, die folgende Form an:The output of the humidity meter 30 can be used to correct for water vapor absorption which could interfere with the CO measurement. The reading of the moisture meter, along with the temperature of the sample, can be used to determine the concentration of water vapor in the sample. The absorption at 4.6 yum occurs because of the presence of CO and H 2 O. The extinction coefficients of these gases at 4.6 to ßines using band-pass filter are connected to approximately 3x10 '(ppm "1 cm" 1) CO and 3x10 ~ 9 (ppm " 1 cm" 1 ) for H 2 O has been measured. Water vapor saturated air at a temperature of 24 0 C (75 ° F) containing about 32,000 ppm H 2 O. When two gases contribute to the absorption at the same wavelength, then takes the equation relating the transmitted intensity in relationship of the form at:

1/I0= exp r-(EC0CC0L + EH20CH20L )J 1 / I 0 = exp r- (E C0 C C0 L + E H20 C H20 L ) J

In dieser Gleichung sind E die ExtinktionskoeffizientenIn this equation, E are the extinction coefficients

309846/0879309846/0879

232U05232U05

C die Konzentrationen und L die Bahnlängen der Probe. IQ ist die ohne Absorption übertragene Intensität, und I ist die Intensität, wenn Absorption auftritt. Bei einer CO-Konzentration von 50 ppm und einer Bahnlänge von 100 cm, ergibt sich ein Verhältnis von I/l = 0,989. Wenn der der Intensität IQ entsprechende Sjgnalwert auf 10,000 Volt eingestellt wäre, würde das der übertragenen Intensität entsprechende Signal den Wert 0,890 Volt haben oder die Absorption würde ein Signal von 110 mV zur Folge haben. Von diesem Wert von 110 mV ergeben sich 95 mV infolge der Anwesenheit von HpO und 15 mV infolge der Anwesenheit von CO. Die Kenntnis der H20-Konzentration und des Extinktionskoeffizienten von HpO bei 4,6 um erlaubt die Eliminierung des Einflusses von H2O, und es kann ein Ablesewert erzielt werden, der nur vom CO-Gehalt abhängt. Die im Wasserdampf-Korrekturverstärker 141 von Fig.3 enthaltene Schaltung führt diese Korrektur aus.C the concentrations and L the path lengths of the sample. I Q is the intensity transmitted without absorption and I is the intensity when absorption occurs. With a CO concentration of 50 ppm and a track length of 100 cm, a ratio of I / l = 0.989 results. If the signal corresponding to the intensity I Q were set to 10,000 volts, the signal corresponding to the transmitted intensity would have the value 0.890 volts or the absorption would result in a signal of 110 mV. From this value of 110 mV there are 95 mV due to the presence of HpO and 15 mV due to the presence of CO. Knowing the H 2 O concentration and the extinction coefficient of HpO at 4.6 µm allows the influence of H 2 O to be eliminated and a reading can be obtained that depends only on the CO content. The circuit contained in the water vapor correction amplifier 141 of FIG. 3 carries out this correction.

Die Ausgangssignale der Schweliwertdetektor- und Anzeigeschaltung 142 werden den roten und grünen Anzeigelampen bzw. 112 und dem Signalhorn 152 zur Abgabe dnes hörbaren Warnsignals zugeführt. Die Ausgänge des Schalters 144 sind an ein Meßgerät 108 angeschlossen, an dem eine Bedienungsperson wahlweise die Konzentrationen der mit Hilfe des Luftüberwachungsgeräts festgestellten Bestandteile ablesen kann. Es ist erwünscht, eine thermische Steuerung des Grubengasüberwachungsgeräts vorzusehen, damit eine Kondensation verhindert wird, wenn das Gerät am unteren Ende ihres Betriebsbereichs (bei etwa -230C (-100F)) betrieben wird und damit der Temperatureinfluß auf den Absorptionskoeffizienten der zu überwachenden Gase begrenzt wird. Es ist daher eine Wärmesteuere£nheit 154The outputs of the threshold detector and indicator circuit 142 are provided to the red and green indicator lights and 112 respectively and the horn 152 for output of the audible warning signal. The outputs of the switch 144 are connected to a measuring device 108 on which an operator can selectively read off the concentrations of the constituents determined with the aid of the air monitoring device. It is desirable to provide a thermal control of the mine gas monitoring device, so that condensation is prevented when the device at the lower end of its operating range (at about -23 0 C (-10 0 F)) is operated, and thus the temperature influence on the absorption coefficient of the to monitored gases is limited. It is therefore a heat control unit 154

309ΡΛΒ/0879309ΡΛΒ / 0879

(Fig.3) vorgesehen, die später noch genauer beschrieben wird. Die Einheit 154 wird geheizt und thermostatisch so gesteuert, daß sie bei 32°C (900F ) oder darüber arbeitet.(Fig.3) provided, which will be described in more detail later. The unit 154 is heated and thermostatically controlled to operate at 32 ° C (90 0 F) or above.

Die Energieversorgungsquelle 156 (Fig.3) kann entweder eine Wechselstromquelle oder eine Gleichstromquelle sein» Bei Verwendung einer Wechselstromquelle enthält das Energieversorgungssystem einen Transformator, damit der notwendige Energie wert geliefert wird; bei Verwendung einerGleichstromquelle wird ein Wechselstromwandler als Kopplungseinrichtung mit dem Überwachungsgerät verwendet. Da die Energieversorgung auf irgendeine Art und Weise aufgebaut sein kann, die dem Fachmann bekannt ist, wird sie hier nicht näher beschrieben.The energy supply source 156 (FIG. 3) can either be an AC power source or a DC power source »If an AC power source is used, the power system includes a transformer so that the necessary energy value is supplied; when using a DC power source an AC converter is used as a coupling device with the monitoring device. Since the Power supply can be constructed in any manner known to those skilled in the art, here it is not described in detail.

Schließlich ist das Grubengasüberwachungsgerät mit einem Eigenprüfsystem 158 ausgestattet, das eine von O bis zum vollen Skalenausschlag reichende Prüfung für jeden Kanal ermöglicht. Das Eigenprüfsystem kann durch Einstellen des Prüf knopf s 114 am Bedienungsfeld 104 auf "CALl! betätigt werden. Finally, the mine gas monitoring device is equipped with an in-house test system 158 which enables a test for each channel ranging from 0 to the full scale deflection. The self-test system can be operated by setting the test button 114 on the control panel 104 to "CAL I! ".

Zur Vervollständigung der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die elektronischen Schaltungen einschließlich der Steuereinheit nun im einzelnen genauer erläutert.In order to complete the description of the preferred embodiment of the invention, the electronic Circuits including the control unit will now be explained in more detail.

Elektronische SchaltungenElectronic circuits

Die Vorverstärker 118 jjj The preamplifier 118 jjj

Die Vorverstärker 118 und 126 (Fig.4), die die elektrischen Signale der Wandler 126 verstärken, müssen niedrige "Rauschwerte und eine hohe Eingangsimpedanz aufweisen. Da sie The preamplifiers 118 and 126 (Fig.4), which are the electrical Amplifying signals from transducers 126 must have low noise levels and high input impedance

3 0 H P. L 6 / 0 8 7 93 0 H P. L 6/0 8 7 9

2321A052321A05

gleich aufgebaut sind, braucht nur einer der Verstärker beschrieben werden. Jeder der Vorverstärker 118 und enthält eine rauscharme Feldeffekttransistor-Eingangsstufe, die mit Hilfe einer Transistorstromquelle optimal vorgespannt ist, damit eine ausreichende Verstärkung zur Ansteuerung eines Rechenverstärkers erzielt wird. Eine Rückkopplung erfolgt dann über einen Widerstandsteiler vom Ausgang zum invertierenden Eingang des Feldeffekttransistors. Der Stromkreis führt dabei von der Eingangsklemme 16O , die an einen Ausgang eines der Detektoren oder 102 (Fig.1) angekoppelt ist, zu einem Kopplungskondensator 162, dessen eine Seite mit dem Verbindungspunkt 164 der Gate-Elektrode 166 des Feldeffekttransistors 168 und des an Masse liegenden Widerstands 170 angeschlossen ist.Die Drain-Elektrode 172 ist; an den Verbindungspunkt der Drain-Elektrode 176 des Feldeffekttransistors 178 mit dem Kollektor 180 des Leistungstransistors 182 angeschlossen. Die Basis 184 des Leistungstransistors 182 ist mit dem Verbindungspunkt 188 zwischen den an Masse liegenden Widerstand 190 und der Anode einer Diode 192 verbunden. Die Katode der Diode 192 ist über einen Widerstand 194 nit der negativen Seite einer an einer Klemme 196 liegenden Energiequelle verbunden. Der Emitter 198 des Leistungstransistors 182 ist über einen Widerstand 200 an die negative Seite der an der Klemme 196 anliegenden Energiequelle angeschlossen. Die Source-Elektrode 202 des Feldeffekttransistors 168 ist mit einem Verbindungspunkt 204 zwischen der positiven Klemme eines Serienverstärkers 6 und eines Lastwiderstands 208 verbunden, der an der an einer Klemme 210 anliegenden positiven Seite der Energiequelle angeschlossen ist. Die Source-Elektrode 212 des Feldeffekttransistors 218 ist mit einemhave the same structure, only one of the amplifiers needs to be described. Each of the preamplifiers 118 and contains a low-noise field effect transistor input stage, which is optimized with the help of a transistor current source is biased so that a sufficient gain for driving an arithmetic amplifier is achieved. One Feedback then takes place via a resistor divider from the output to the inverting input of the field effect transistor. The circuit leads from the input terminal 16O, which is connected to an output of one of the detectors or 102 (FIG. 1) is coupled to a coupling capacitor 162, one side of which is connected to the connection point 164 the gate electrode 166 of the field effect transistor 168 and the resistor 170 connected to ground The drain electrode 172 is; to the connection point the drain electrode 176 of the field effect transistor 178 is connected to the collector 180 of the power transistor 182. The base 184 of the power transistor 182 is connected to the junction 188 between the to ground lying resistor 190 and the anode of a diode 192 connected. The cathode of the diode 192 is via a Resistor 194 connected to the negative side of a power source connected to terminal 196. The emitter 198 of the power transistor 182 is connected via a resistor 200 to the negative side of that applied to the terminal 196 Energy source connected. The source electrode 202 of the field effect transistor 168 is connected to a connection point 204 between the positive terminal of a series amplifier 6 and a load resistor 208 connected to the positive applied to a terminal 210 Side of the power source is connected. The source electrode 212 of the field effect transistor 218 is connected to a

R/0879R / 0879

Verbindungspunkt 214 zwischen der negativen Klemme des Rechenverstärkers 206 und eines Lastwiderstandes verbunden, der an die an der Klemme 210 anliegende positive Seite der Energiequelle angeschlossen ist. Die Gate-Elektrode 218 des Feldeffekttransistors 178 ist mit einem Verbindungspunkt 220 zwischen einem an Masse liegenden Widerstand 222 und einem am Ausgang des Rechenverstärkers 206 angeschlossenen Rückkopplungswiderstand 224 verbunden· Dem Rechenverstärker 206 wird Energie von an die Klemmen 196 und 210 anliegenden negativen und positiven Energiequellen geliefert. DerRechenverstärker 206 ist mit einer RC-Rückkopplungsschaltung 226 ausgestattet, die eine Dämpfung (roll-off) zwischen (nicht dargestellten) ersten und zweiten Stufen des Rechenverstärkers 206 bewirkt. Eine zusätzlicheDämpfung des Rechenverstärkers wird mit Hilfe einer Kondensatorrückkopplungsschaltung 228 bewirkt, die vom Ausgang des Rechenverstärkers 206 über die zweite Stufe zurückführt. Das Ausgangssignal des Vorverstärkers wird am Verbindungspunkt 230 zwischen dein Rückkopplungswiderstand 224 und der Ausgangsklemme 232 abgegeben. Die Bezugszeichen 232 und 232* sollen für die Ausgänge von Verstärkern verwendet werden, die selektive Eingänge für die acht Abtast- und Speicherschaltungen darstellen.Connection point 214 between the negative terminal of the computational amplifier 206 and a load resistor connected, which is connected to the applied to the terminal 210 positive side of the energy source. the Gate electrode 218 of field effect transistor 178 is connected to a connection point 220 between one connected to ground Resistor 222 and a feedback resistor connected to the output of the computing amplifier 206 224 connected · The operational amplifier 206 receives power from negative and positive energy sources applied to terminals 196 and 210 are supplied. The computer amplifier 206 is equipped with an RC feedback circuit 226, the attenuation (roll-off) between (not shown) first and second stages of the computing amplifier 206 causes. Additional attenuation of the computational amplifier is achieved with the aid of a capacitor feedback circuit 228 causes which feeds back from the output of the computational amplifier 206 via the second stage. The output of the preamplifier is at the junction 230 between the feedback resistor 224 and output terminal 232. The reference numerals 232 and 232 * are intended to be used for the outputs of amplifiers representing selective inputs to the eight sample and store circuits.

Synchronisierun^sabnehmer-und SteuereinheitSynchronization pick-up and control unit

Für die acht Abtast- und Speicherschaltungen von Fig.3 werden sieben Steuersignale zum Öffnen und Schließen ihrer Feldeffekttransistorschalter (Fig.5) verwendet, damit die Abtastsignale vom Abtastteil zum Speicherteil der Schaltung geleitet werden. Zunächst zeigt Fig.8, daß die Lochmuster 82, 84 und 86 des Filter/Zerhacker-Rades 60 vonFor the eight sampling and storage circuits of FIG seven control signals are used to open and close their field effect transistor switches (Fig. 5) so the scanning signals are passed from the scanning part to the memory part of the circuit. First of all, Fig.8 shows that the Hole patterns 82, 84 and 86 of filter / chopper wheel 60 of FIG

30 (i;'46/0 87930 ( i; '46 / 0 879

den Lichtquellen 94 atigetastet werden, wenn sich das Rad dreht, wodurch Lichtimpulse an die Wandler 96 gelangen, die diese LichtimpulsB in elektrische Signale umwandeln. Diese elektrischen Signale werden in Verstärkern 234, 236 und 238 verstärkt, so daß sie die Impulsverläufe 244, 242 und 240 (Fig.10) "bilden, die zur Bildung der sieben Steuersignale verwendet werden.Das verstärkte Ausgangssignal 244 des Verstärkers 234 (Fig.8) ist an einenBinärzähler 146 mit dem Teilfaktor 12 angelegt; das verstärkte Ausgangssignal 240 des Verstärkers 238 ist an einen Binärzähler 248 mit dem Teilfaktor 2 angelegt; das verstärkte Ausgangssignal 242 des Verstärkers 236 wird zur Bildung eines Synchronisierungselngangssignals für die Binärzähler 246 und 248 einmal pro Umdrehung verwendet. Das Ausgangssignal des Zählers 246 gelangt an einen Decodierer 250, dessen Ausgangssignale 254, 256, 258, 260, 262 und 264 (Fig.10) an die Eingangsklemmen 268 der Abtast- und Speicherschaltungen 131 bis 133, 122, 124 bzw. 130 angelegt sind,, Das Ausgangssignal 270 des durch zwei teilenden Zählers, dessen Verlauf in Fig.10 dargestellt ist, ist an die Abtast- und Speicherschaltungen 120 und 128 angelegt, die die Detektorausgangssignale zwischen den Filterfensterdurchlaß- oder Filterfenstergrundlinienpositionen abtasten. Die synchronen Eingangssignale 242 der Zähler 246 und 248 werden zur Zählerrückstellung einmal bei jeder vollständigen Umdrehung des Filter/ Zerhacker-Rades 60 verwendet. Das Signal 272 gibt die relative abgetastete Signalgröße wieder, wie sie an den Detektoren 100 und 102 erkennbar ist. Das Filterfensterdurchlaßsignal für jedes der Filter 73 bis 78 wird von dein hohen Abschnitt 274 wiedergegeben, während der entsprechende Grundwert vom niedrigen Abschnitt 276 wiedergegeben wird.the light sources 94 are felt when the wheel rotates, whereby light pulses reach the transducers 96, which convert these light pulses B into electrical signals. These electrical signals are amplified in amplifiers 234, 236 and 238 so that they form the pulse waveforms 244, 242 and 240 (Fig.10) "which are used to form the seven control signals The amplified output signal 244 the amplifier 234 (Fig. 8) is applied to a binary counter 146 having the division factor 12; the amplified output signal 240 of the amplifier 238 is applied to a binary counter 248 with the division factor 2; the amplified output signal 242 of amplifier 236 is used to form a synchronization input signal for binary counters 246 and 248 used once per revolution. The output of the counter 246 is sent to a decoder 250, its Output signals 254, 256, 258, 260, 262 and 264 (Fig. 10) to the input terminals 268 of the sampling and storage circuits 131 to 133, 122, 124 and 130 are applied, the output signal 270 of the dividing by two The counter, the course of which is shown in FIG. 10, is connected to the sampling and storage circuits 120 and 128 applied, the detector output signals between the filter window pass or filter window baseline positions scan. The synchronous inputs 242 of counters 246 and 248 become the counter reset Used once for each complete revolution of the filter / chopper wheel 60. The signal 272 gives the relative sampled signal magnitude again, as can be seen on the detectors 100 and 102. That Filter window pass signal for each of filters 73-78 is reproduced from high section 274, while the corresponding base value is represented by the low section 276.

3 ir ■ ■' ·- ι Q 8 7 93 ir ■ ■ ' · - ι Q 8 7 9

232 HOS232 HOS

Für eine genauere Beschreibung der Synchronisierungsämehmer- und Steuereinheit wird nun auf Fig.9 Bezug genommen» Die drei Wandler 96 können beispielsweise Phototransistoren sein, deren Emitter 278 an Masse liegen, deren Basis-Elektroden Licht von nicht dargestellten Quellen empfangen und deren Kollektoren 280 an Verbindungspunkte 282 zwischen Lastwiderständen 284, die über Klemmen 286 mit den positiven Seiten von Energiequellen verbunden sind, und Invertiergliedern, die als Verstärker 234, 236 und 238 wirken, angeschlossen sind.Wenn im Normalfall kein Licht auf die Phototransistoren fällt, wird das Eingangssignal der Invertierglieder 234, 236 und 238 auf einer Gleichspannung von +5V gehalten, so daß ein Ausgangssignal mit dem logischen Signalwert 0 erzeugt wird. Wenn auf die Phototransistoren Licht fällt, werden die Eingangssignale der Invertierglieder über die Phototransistoren 96 nach Masse gezogen, so daß die Ausgangssignale den logischen Signalwert 1 annehmen. Wenn das Licht entfernt wird, werden die Phototransistoren gesperrt, so daß die Eingangssignale der Invertierglieder wieder den Wert +5V annehmen, wobei die Ausgangssignale wieder den Signalwert 0 annehmen. Der durch zwölf teilende Binärzähler 246 kann beispielsweise eine integrierte Schaltung der Firma Texas Instruments vom Typ 7493N sein.Die vier JK-Flip-Flops 288, 290, 292 und 294 enthält, die folgendermaßen hintereinander geschaltet sind: Die Taktimpulsklemme des Flip-Flops 288 ist an den Ausgang des Invertierglieds 234 angeschlossen; der Ausgang des Flip-Flops 288 ist mit einem Verbindungspunkt 296 zwischen der Eingangsklemme des Flip-Flopi 290 und der Ausgangsklemme Q1 verbunden;For a more detailed description of the synchronization receiver and control unit, referring now to FIG. 9, the three transducers 96 can, for example Be phototransistors, the emitter 278 of which are connected to ground, the base electrodes of which are not light sources shown and their collectors 280 at connection points 282 between load resistors 284, which are connected to the positive sides of power sources via terminals 286, and inverters which are used as Amplifiers 234, 236 and 238 are connected. If normally no light falls on the phototransistors, the input signal of the inverters 234, 236 and 238 is kept at a DC voltage of + 5V, so that an output signal with the logic signal value 0 is generated. When light falls on the phototransistors, the input signals of the inverters are pulled to ground via the phototransistors 96, so that the Output signals assume the logical signal value 1. When the light is removed, the phototransistors become locked so that the input signals of the inverters assume the value + 5V again, whereby the output signals assume the signal value 0 again. The one dividing by twelve Binary counter 246 can be, for example, an integrated circuit from Texas Instruments of the type 7493N. The four JK flip-flops 288, 290, 292 and 294, which follow are connected in series: The clock pulse terminal the flip-flop 288 is connected to the output of the inverter 234; the output of flip-flop 288 is with a connection point 296 between the input terminal the flip-flop 290 and the output terminal Q1 connected;

309rU6/0879309rU6 / 0879

der Ausgang des Flip-Flops 290 ist mit einem Verbindungspunkt 298 zwischen dem Eingang des Flip-Flops 292 und dem Verbindungspunkt 300 zwischen der Klemme Q2 und dem air Klemme ϋΠΓ führenden Invertierglied 302 verbunden; der Ausgang des Flip-Flops 292 ist mit einem Verbindungspunkt 304 zwischen dem Eingang des Flip-Flops 294 und einem Verbindungspunkt 306 zwischen der Klemme Q3 und dem zur Klemme 53" führenden Invertierglied 308 verbunden; der Ausgang des Flip-Flops 294 ist mit einem Verbindungspunkt 310 zwischen dar Klemme Q4 und dem zur Klemme OTT führenden Invertierglied 312 verbunden. Die Invertierglieder 302, 308 und 312 können die Invertierglieder eines Sechsfachinvertierers vom Typ 7004 N der Firma Texas Instruments sein. Die Flip-Flops werden bei jeder Drehung des Filter/Zerhacker-Rades 60 (Fig.1) mit Hilfe eines Synchronisierungsimpulses 242 zurückgesetzt, der von dem als Verstärker wirkenden Invertierglied 236 (Fig.9) erzeugt wird, und an eine NAMD-Schaltung 314 angelegt ist, deren Ausgang an die Löschklemmen der vier JK-Flip-Flops angeschlossen ist. lter Decodierer 316 enthält sechs, mit jeweils vier Eingängen ausgestattete NAND-Schaltungen 318,319, 320, 321, 322 und 323, die jeweils sechs Invertierglieder 326, 327,328, 329, 330 bzw. 331 speisen. An den NAND-Schaltungen liegen folgende Eingangsgrößen an; An der NAND-Schaltung 31p die Größen Q1, S2, q5 und Wi ; an der NAND-Schaltung 319 die Größen Q1, Q2, q5 und 0% , an der NAND-Schaltung 320 die Größen Q1, £Ϊ2, Q3 und 0^+ , an der NAND-Schaltung 321 die Größen Q1, Q2, Q3 und OTT ; an der NAND-Schaltung 322 die Größen 0.1, 02", Ö3 und Q4; an der NAND-Schaltung 323 die Größen 0.1, Q2, QlS und Q4. Die Ausgangssignale der Invertierglieder 326 bis 331 sind die in Fig.10 dargestelltenthe output of the flip-flop 290 is connected to a connection point 298 between the input of the flip-flop 292 and the connection point 300 between the terminal Q2 and the inverter 302 leading to the terminal ϋΠΓ; the output of the flip-flop 292 is connected to a connection point 304 between the input of the flip-flop 294 and a connection point 306 between the terminal Q3 and the inverter 308 leading to the terminal 53 "; the output of the flip-flop 294 is connected to a connection point 310 is connected between the terminal Q4 and the inverting element 312 leading to the terminal OTT. The inverting elements 302, 308 and 312 can be the inverting elements of a six-fold inverter of the type 7004 N from Texas Instruments. Wheel 60 (FIG. 1) is reset with the aid of a synchronization pulse 242, which is generated by the inverter 236 (FIG. 9) acting as an amplifier, and is applied to a NAMD circuit 314, the output of which is connected to the clear terminals of the four JK flip The first decoder 316 contains six NAND circuits 318, 319, 320, 321, 322 and 323, each equipped with four inputs, each having six I. Feed converters 326, 327, 328, 329, 330 and 331, respectively. The following input variables are present at the NAND circuits; The quantities Q1, S2, q5 and Wi at the NAND circuit 31p; on the NAND circuit 319 the quantities Q1, Q2, q5 and 0% , on the NAND circuit 320 the quantities Q1, £ Ϊ2, Q3 and 0 ^ +, on the NAND circuit 321 the quantities Q1, Q2, Q3 and OTT; at the NAND circuit 322 the quantities 0.1, 02 ", Ö3 and Q4; at the NAND circuit 323 the quantities 0.1, Q2, QIS and Q4. The output signals of the inverters 326 to 331 are those shown in FIG

3 0 Uwk6/0 8 7 93 0 Uwk 6/0 8 7 9

Rechtecksignale 354, 356, 358, 360, 362 bzw. 364.Square wave signals 354, 356, 358, 360, 362 and 364, respectively.

Der durch zwei teilende Zähler 248 (pig.9) ist ein einfaches JK-Flip-Flop, beispielsweise ein im Kippbetrieb arbeitendes JK-Flip-Flop 7473 N der Firma Texas Instruments. Das JK-Flip-Flop 248 empfängt als . Eingangssignal die Ausgangsimpulse des verstärkenden Invertierglieds 238,und es empfängt ah seiner Löschklemme das Synchronisierungsimpulssignal des verstärkenden Invertierglieds 236 über das Invertierglied 308, Der Ausgang Q des Flip-Flops erzeugt das Abtast- und Speichersteuersignal 270 (Fig.10) für die Grundlinien, das an die Abtast- und Speicherschaltungen 120 und 128 (Fig.5 ) angelegt ist. v The counter 248 (pig.9), which divides by two, is a simple JK flip-flop, for example a JK flip-flop 7473 N from Texas Instruments that operates in toggle mode. The JK flip-flop 248 receives as. Input signal, the output pulses of the amplifying inverter 238, and it receives ah its clear terminal the synchronization pulse signal of the amplifying inverter 236 via the inverter 308, the output Q of the flip-flop generates the sampling and storage control signal 270 (Fig. 10) for the baselines, the the sample and store circuits 120 and 128 (Figure 5) is applied. v

Abtast- und Speicherschaltungen Sampling and storage circuits

Das nachfolgend beschriebene Signalsystem ist so ausgelegt, daß jedes Signal während jeder Umdrehung des Filter/Zerhacker-Rades 60 nur kurzzeitig vorhanden ist. Damit dieses Signal benützt werden kann, muß es für einen späteren Vergleich mit einem weiteren Meßwert aufgespeichert werden. Daher wird die in Fig.5 dargestellte analoge Speicherschaltung verwendet, die mit "Abtast- und Speicherschaltung" bezeichnet ist. Das in Fig.3 dargestellte Überwachungsgerät enthält acht Abtast- und Speicherschaltungen; da diese Schaltungen jedoch gleichartig aufgebaut sind, wird nur eine beschrieben. Grundsätzlich enthält die Schaltung (Fig.5) einen Verstärker mit geschlossener Rückkopplungsschleife, der bei Empfang eines Eingangssignals auf eine Ausgangsspannung stabilisiert wird, die The signal system described below is designed so that every signal during each revolution of the filter / chopper wheel 60 is only available for a short time. So that this signal can be used, it must be used for a later comparison can be stored with another measured value. Therefore, the analog memory circuit shown in FIG is used, which is labeled "sample and store circuit". The monitoring device shown in Figure 3 contains eight sampling and storage circuits; however, since these circuits are similar, only one will be described. Basically, the Circuit (Fig.5) an amplifier with a closed feedback loop, which is stabilized upon receipt of an input signal to an output voltage that

3 0 !i f 6 / 0 8 7 93 0! I f 6/0 8 7 9

232U05232U05

in einem Kondensator gespeichert und somit am Ausgang bereitgehalten wird. Jede der Abtast- und Speicherschaltungen 120 uni128 (Fig.3) besitzt zwei Eingangskleramen , nämlich eine für den Vorverstärkerausgang 232 (Fig.4) und eine zweite Eingangsklemme für den Ausgang 270 der Steuereinheit. Die Abtast- und Speicherschaltungen bis 133, 122 und 124 besitzen einen zusätzlichen Eingang 400f für Ausgangssignale der Abtast- und Speicherschaltungen 120 und 128. Die für diese Schaltungen zusätzlich erforderlichen Schaltungseinrichtungen sind in Fig.5 mit gestrichenen Bezugszeichen angegeben. Die Eingänge 232 und 400' (Fig.5) führen zu Widerständen 278 bzw. 278·, die Jeweils mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Schleifer und dem Ende des Widerstandes von Potentiometern 280 und 280' verbunden sind; die anderen Enden der Potentiometerwiderstände sind am Verbindungspunkt 284 zusammengeführt. Vom Verbindungspunkt 284 führt die Schaltung zu einem Verbindungspunkt 186 , der zur Verdeutlichung der Darstellung getrennt dargestellt ist und der die negative Klemme eines Verstärkers 288 mit einem Rückkopplungswiderstand 290 der geschlossenen Rückkopplungsschleife der Abtaste und Speicherschaltung verbindet. Die positive Klemme des Verstärkers 288 ist über einen Widerstand 292 mit Masse verbunden. Die Energiezufuhr zum Verstärker erfolgt von einer positiven Energiequelle über eine Klemme 294 und von einer negativen Energiequelle über eine Klemme 296. Ein Abgleich des Flächenverstärkers erfolgt über eine Potentiometerrückkopplungsschaltung mit einem Potentiometer 298, dessen Schleifkontakt 300 an die negative Energieversorgungsklemme 296 angeschlossen ist. Der Ausgang des Verstärkers 288 ist mit einem Verbindungspunkt 202 verbunden, der die Drain-Elektrodeis stored in a capacitor and thus kept ready at the output. Each of the sampling and storage circuits 120 and 128 (FIG. 3) has two input terminal names, namely one for the preamplifier output 232 (FIG. 4) and a second input terminal for the output 270 of the control unit. The sampling and storage circuits up to 133, 122 and 124 have an additional input 400 f for output signals of the sampling and storage circuits 120 and 128. The circuit devices additionally required for these circuits are indicated in FIG. 5 with primed reference symbols. The inputs 232 and 400 '(FIG. 5) lead to resistors 278 and 278, respectively, which are each connected to the connection point between the wiper and the end of the resistor of potentiometers 280 and 280'; the other ends of the potentiometer resistors are brought together at junction 284. From junction 284 the circuit leads to junction 186, which is shown separately for clarity of illustration and which connects the negative terminal of an amplifier 288 to a feedback resistor 290 of the closed feedback loop of the sensing and memory circuit. The positive terminal of amplifier 288 is connected to ground through resistor 292. Energy is supplied to the amplifier from a positive energy source via a terminal 294 and from a negative energy source via a terminal 296. The surface amplifier is calibrated via a potentiometer feedback circuit with a potentiometer 298, the sliding contact 300 of which is connected to the negative energy supply terminal 296. The output of amplifier 288 is connected to a connection point 202 which is the drain electrode

3'»" ·. r/08793 '»" ·. R / 0879

232U05232U05

eines Feldeffektschalttransistors 306 mit einem Vorspannungswiderstand 308 verbindet, der seinerseits an einen Verbindungspunkt 310 zwischen der Gate-Elektrode 312 des Feldeffekttransistors 306 und der Anode einer Diode 314 angeschlossen ist. Die Katode der Diode 314 ist mit einem Verbindungspunkt 316 zwischen einem an eine positive Spannungsversorgungsklemme 320 angeschlossenen Lastwiderstand 318 und dem Kollektor 322 eines polaren Transistors. 324 verbunden. Der Emitter 326 des Transistors 324 ist an eine negative Spannungsversorgungsklemme. 328 angeschlossen. Die Basis 330 des Transistors 324 ist an einen Verbindungspunkt 332 angeschlossen, der einen mit der negativen Spannungsversorgungsklemme 328 verbundenen Widerstand 334 mit dem Kollektor 336 eines polaren Transistors 338 verbindet. Der Emitter 340 des Transistors 338 ist am Verbindungspunkt 342 mit einem Ende eines Emitterwider stands 344 und mit einem Verbindungspunkt 346 zwischen einem nach Masse führenden Widerstand 348 und einer Seite eines Kondensators 350 verbunden» Das andere Ende des Widerstandes 344 und die andere Seite des Kondensators 350 sind über einen Verbindungspunkt 352 mit einer positiven Spannungsversorgungsklemme 354 verbunden. Die Basis 356 des Transistors 338 ist an einen Verbindungspunkt 358 angeschlossen, der einen an die positive Spannungsversorgungsklemme 354 angeschlossenen Basislastwiderstand 360 mit einem Widerstand 362 verbindet, der an die Ausgangsklemme 270 der Steuereinheit angeschlossen ist. Die SOurce-Elektrode des Feldeffektschalttransistors 306 ist an einen Verbindungspunkt 366 zwischen einem an Masse liegenden Speicherkondensator 36S und einem mit der Gate-Elektrode 372 eines Feldeffekttransistors 374 verbundenen Widerstand 370 ange-a field effect switching transistor 306 having a bias resistor 308, which in turn connects to a connection point 310 between the gate electrode 312 of the Field effect transistor 306 and the anode of a diode 314 connected. The cathode of diode 314 is positive with a connection point 316 between one and one Power supply terminal 320 connected load resistor 318 and the collector 322 of a polar Transistor. 324 connected. The emitter 326 of transistor 324 is connected to a negative power supply terminal. 328 connected. The base 330 of the transistor 324 is connected to a connection point 332, the one Resistor 334 connected to negative power supply terminal 328 to collector 336 of a polar transistor 338 connects. The emitter 340 of transistor 338 is at connection point 342 with one end of an emitter resistor 344 and with a connection point 346 connected between a grounded resistor 348 and one side of a capacitor 350 »the other The end of resistor 344 and the other side of capacitor 350 are connected via connection point 352 connected to a positive power supply terminal 354. The base 356 of transistor 338 is connected to a connection point 358, the one to the positive voltage supply terminal 354 connected base load resistor 360 with a resistor 362, which is connected to the output terminal 270 connected to the control unit. The SOurce electrode of the field effect switching transistor 306 is connected to a connection point 366 between a storage capacitor connected to ground 36S and a resistor 370 connected to the gate electrode 372 of a field effect transistor 374.

30 9846/0 87930 9846/0 879

schlossen. Die Source-Elektrode 376 des Feldeffekttransistors 374 liegt an der positiven Spannungsversorgungsklemme 294, während seine Drain-Elektrode 378 mit einer negativen Versorgungsspannung an der Klemme 384 und mit der Easis 386 eines Transistors 388 in Verbindung steht. Der Kollektor 390 des Transistors 388 ist an die positive Spannungsversorgungsklemme 294 angeschlossen, und sein Emitter 392 liegt an einem Verbindungspunkt 394, der einen an die positive Spannungsversorgungsklemme 384 angeschlossenen Widerstand 396 mit einem Ausgangsverbindungspunkt 398 zwischen dem Rückkopplungswiderstand 290 und der Ausgangsklemme 400 verbindet.closed. The source electrode 376 of the field effect transistor 374 is applied to the positive voltage supply terminal 294, while its drain electrode 378 is connected to a negative supply voltage at terminal 384 and is in communication with the base 386 of a transistor 388. The collector 390 of transistor 388 is connected to the positive power supply terminal 294, and its emitter 392 is at a connection point 394, the a resistor 396 connected to the positive power supply terminal 384 and having an output connection point 398 connects between the feedback resistor 290 and the output terminal 400.

DifferenzverstärkerDifferential amplifier

Die Ausgänge 400 für das Bezugssignal und das N02-Signal der Abtast- und Speicherschaltungen 122 und 124 (Fig.3) sind mit dem Differenzverstärker 140 verbunden, und die Ausgänge 400 für das Bezugssignal und das CO-Signal der Abtast- und Speicherschaltungen 130 und 131 sind mit dem Differenzverstärker 134 verbunden.Die zur Bestimmung der (hinsichtlich Wasserdampfstörungen nicht korrigierten) Kohlenmonoxidkonzentration und der Stickstoffdioxidkonzentration verwendeten Differenzverstärker 134 und 140 (Fig.6) sind gleichartig aufgebaut, so daß nur einer dieser Verstärker beschrieben werden muß. Beispielsweise wird ein Bezugssignal (Fig.6) von der Abtast- und Speicherschaltung 122 an einen mit der Eingangsklemme 400 verbundenen Widerstand 402 angelegt, der an einen Verbindungspunkt 4o4 zwischen der negativen Klemme eines Differenzverstärkers 4o6 und einem Rücltkopplungswiderstand 408 angeschlossen ist. In diesem Beispiel wird das Abtast-The outputs 400 for the reference signal and the N0 2 signal of the sampling and storage circuits 122 and 124 (FIG. 3) are connected to the differential amplifier 140, and the outputs 400 for the reference signal and the CO signal of the sampling and storage circuits 130 and 131 are connected to the differential amplifier 134. The differential amplifiers 134 and 140 (FIG. 6) used to determine the carbon monoxide concentration (not corrected for water vapor disturbances) and the nitrogen dioxide concentration (FIG. 6) are constructed in the same way, so that only one of these amplifiers needs to be described. For example, a reference signal (Figure 6) is applied from the sample and store circuit 122 to a resistor 402 connected to the input terminal 400, which is connected to a connection point 4o4 between the negative terminal of a differential amplifier 4o6 and a feedback resistor 408. In this example the scanning

3 0 9 -'< A R / 0 8 7 93 0 9 - '<A R / 0 8 7 9

2321-40.2321-40.

signal der Abtast- und Speicherschaltung 124 an die Eingangsklemme 400* angelegt, an der ein Widerstand 410 angeschlossen ist, der mit einem Verbindungspunkt 412 zwischen einem nach Masse führenden Widerstand 414 und der positiven Klemme des Differenzverstärkers 406 verbunden ist. Die Energiezufuhr zum Differenzverstärker 406 erfolgt von einer positiven Energiequelle über eine Klemme 416 und von einer negativen Energiequelle über eine Klemme 418.Die Hauptanforderung an diesen Differenzverstärker ist eine niedrige Abweichung, weshalb ein Rückkopplungskreis vorgesehen ist, der ein Einstellpotentiometer 420 enthält, dessen Schleifkontakt 422 an die negative Versorgungsspannungsklemme 418 angelegt ist. Der Ausgang des Differenzverstärkers 406 ist mit einem Verbindungspunkt 424 zwischen dem Rückkopplungswidsrstand 408 und einer Ausgangsklemme 426 verbunden.signal of the sample and store circuit 124 to the Input terminal 400 * applied to which a resistor 410 is connected, which is connected to a connection point 412 between a resistor 414 and leading to ground the positive terminal of the differential amplifier 406 is connected. The energy supply to the differential amplifier 406 takes place from a positive energy source via a terminal 416 and from a negative energy source via a terminal 418. The main requirement for this differential amplifier is a low deviation, which is why a feedback circuit is provided which includes an adjustment potentiometer 420, whose sliding contact 422 is connected to the negative supply voltage terminal 418. The output of the differential amplifier 406 is connected to a connection point 424 between the feedback resistor 408 and an output terminal 426 connected.

iQgai-ithmischs DifferenzverstärkeriQgai-ithmisch's differential amplifier

Die Ausgänge 400 für das Bezugssignal und das COp-Signal der Abtast- und Speicherschaltungen 130 und 132 sind an den logarithmischen Differenzverstärker 136 angelegt. Die Ausgänge 400 für das Bezugssignal und das CEL-Signal der Abtast- und Spe icher schaltungen 130 und 133 sind mit dem logarithmischen Differenzverstärker 138 (Fig.3) verbunden. Die Ausgangssignale der logarithmischen Differenzverstärker 136 und 138 sind Signale, die den Konzentrationen von CO2 und CH^ proportional sind«, Da die logarithmischen Differenzverstärker 136 und 138 gleichartig aufgebaut sind, muß hier nur einer beschriebenThe outputs 400 for the reference signal and the COp signal of the sampling and storage circuits 130 and 132 are applied to the logarithmic differential amplifier 136. The outputs 400 for the reference signal and the CEL signal of the sampling and storage circuits 130 and 133 are connected to the logarithmic differential amplifier 138 (FIG. 3). The output signals of the logarithmic differential amplifiers 136 and 138 are signals which are proportional to the concentrations of CO 2 and CH 2. Since the logarithmic differential amplifiers 136 and 138 are constructed in the same way, only one need be described here

30984 6/087930984 6/0879

werden. In der bevorzugten Ausführung (Fig.7) enthält Jeder logarithmische Differenzverstärker zwei logarithmische Verstärker 428 und 430; einer dieser Verstärker empfäigt dabei das Bezugssignal, während der andere das Komponentenabtastsignal empfängt. Die Rückkopplungsschaltungen der logarithmischen Verstärker 428 und 430 enthalten aus Siliziumtransistoren bestehende Rückkopplungselemente 432 und 434, die die logarithmischen Kennlinien ergeben. Diese Rückkopplungselemente sind in voraussagbarer ¥eise temperaturabhängig, und sie sind für die hier beschriebene Ausführung geeignet, wenn der Transistor unterhalb des Bereichs gehalten wird, in dem der Bahnwiderstand bedeutsam wird. Die zwei Rückkopplungselemente 432 und 434 sind sorgfältig auf einem Kühlkörper 436 befestigt, so daß ihre Temperaturen gleich sind, damit gewährleistet wird, daß ihre Kennlinien in Abhängigkeit von der Temperatur im Gleichlauf bleiben.Auf diese Weise ändern sich die an die logarithmischen Verstärker 428 und 434 angelegten Rückkopplimgssignale in der gleichen Richtung um einen gleichen Betrag, und sie werden durch einen Differenzverstärker 438 subtrahiert. Das Endergebnis ist eine wirksame Kompensation thermischer Änderungen.will. In the preferred embodiment (Figure 7), Everyone contains differential logarithmic amplifiers two logarithmic amplifiers 428 and 430; one of these amplifiers is recommended the reference signal, while the other is the component sampling signal receives. The feedback circuits of logarithmic amplifiers 428 and 430 include Silicon transistors existing feedback elements 432 and 434, which give the logarithmic characteristics. These feedback elements are predictable temperature-dependent, and they are suitable for the design described here if the transistor is below the Range is maintained in which the track resistance becomes significant. The two feedback elements 432 and 434 are carefully attached to a heat sink 436 so that their temperatures are the same, thus ensuring that their characteristics remain in sync as a function of the temperature. In this way, they change the logarithmic amplifiers 428 and 434 applied feedback signals in the same direction by one equal amount and they are subtracted by a differential amplifier 438. The end result is one effective compensation for thermal changes.

Die Schaltung ist folgendermaßen aufgebaut: Das Bezugssignal wird an die mit einem Widerstand 440 verbundene Eingangsklemme 400 angelegt. Der Widerstand 440 steht mit einem Verbindungspunkt 442 zwisehen der negativen Eingangsklemme des lcgarithtaischen Verstärkers 428 und dem Kollektor 444 des Rückkopplungstransistors 432 in Verbindung. Die positive Klemme des logarithmischenThe circuit is constructed as follows: The reference signal is connected to the resistor 440 connected Input terminal 400 applied. The resistor 440 is connected to a connection point 442 between the negative ones Input terminal of lcgarithtaic amplifier 428 and the collector 444 of feedback transistor 432 in connection. The positive terminal of the logarithmic

309B Λ R/0879309B Λ R / 0879

Verstärkers 428 liegt an Masse, Das CO2- oder CH^-Abtastsignal liegt an der Eingangsklemme 40O1, die mit einem Widerstand 446 verbunden ist. Der Widerstand 446 ist an einen Verbindungspunkt 448 angeschlossen, der die negative Eingangsklemine deiy logarithmischen Verstärkers 430 mit dem Kollektor 450 des Rückkopplungstransistors 434 verbindet«, Die positive Klemme des logarithmischen Verstärkers 430 liegt an Masse. Der Emitter 452 des Rückkopplungstransistors 432 ist mit einem "Verbindungspunkt 454 zwischen einem am Ausgang des logarithmischen Verstärkers 428 angeschlossenen Widerstand 456 und einem Widerstand 458 verbunden. Der Widerstand 458 ist an einen Verbindungspunkt 460 angeschlossen t der einen Rückkopplungswiderstand 462 mit der negativen Klemme des Differenzverstärkers 438 verbindet. Der Emitter 464 des Rückkopplungstransistors 434 ist an einen Verbindungspunkt 466 angeschlossen, der einen am Ausgang des logarithmischen Verstärkers 430 angeschlossenen Widerstand 468 mit einem Widerstand 470 verbindet. Der Widerstand 470 ist mit einem Verbindungspunkt 472 zwischen einem an Masse liegenden Widerstand 474 und der positiven Klemme des Differenzverstärkers 438 verbunden. Die Basis 476 des Rückkopplungstransistors 432 und die Basis 478 des Rückkopplungstransistors 434 sind gemeinsam an Masse gelegt. Der Ausgang des Differenzverstärkers 438 ist mit einem Verbindungspunkt 480 zwischen dem Rückkopplungswider stand 462 und einerAusgangsklemme 482 verbunden. Amplifier 428 is connected to ground. The CO 2 or CH ^ sampling signal is connected to input terminal 40O 1 , which is connected to a resistor 446. The resistor 446 is connected to a connection point 448 which connects the negative input terminal of the logarithmic amplifier 430 to the collector 450 of the feedback transistor 434. The positive terminal of the logarithmic amplifier 430 is connected to ground. The emitter 452 of the feedback transistor 432 is connected to a "point of connection 454 between a connected to the output of the logarithmic amplifier 428 resistor 456 and a resistor 458th The resistor 458 is connected to a connection point 460 t of a feedback resistor 462 to the negative terminal of the differential amplifier 438 The emitter 464 of the feedback transistor 434 is connected to a connection point 466 which connects a resistor 468 connected to the output of the logarithmic amplifier 430 to a resistor 470. The resistor 470 is connected to a connection point 472 between a grounded resistor 474 and the positive one Terminal of the differential amplifier 438. The base 476 of the feedback transistor 432 and the base 478 of the feedback transistor 434 are connected together to ground. The output of the differential amplifier 438 is connected to a connection point 480 between the feedback coupling resistor 462 and an output terminal 482 connected.

Schwellwertdetektor- und Anzei^eschaltungen Schwellwertdetektor- and Ad ^ e circuits

Die Schwellwertdetektor - und Anzeigeschaltung (Fig.3 und Fig.11) enthält Kanäle 1 bis 5 zur Überwachung der Konzentration von Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Methan, Stickstoff-The threshold detector and display circuit (Fig. 3 and Fig. 11) contains channels 1 to 5 for monitoring the concentration of carbon monoxide, carbon dioxide, methane, nitrogen

30 9 8 46/087930 9 8 46/0879

dioxid und Sauerstoff; die entsprechenden Konzentrationssignale werden dabei vom Differenzverstärker 134 und vom Viasserdampfkorrekturverstärker 141, vom logarithmischen Differenzverstärker 136, vom logarithmischen Differenzverstärker 138 , vom Differenzverstärker 140 und von der Pegelverschiebungseinheit 150 der Sauerstoffüberwachungsschaltung hergeleitet. Da alle diese Schaltungen gleichartig aufgebaut sind, braucht hier nur eine mit ihrer Beziehung zu den restlichen Kanälen beschrieben werden. Fig.11 zeigt ein Blockschaltbild einer typischen Schwellwertdetektor- und Anzeigeschaltung, aus dem auch die Beziehung zu den übrigen Kanälen hervorgeht. Ein Konzentrationssignal wird an einen Verbindungspunkt 484 angelegt, der ein Filter 486 für eine Schwellwertdetektor-Alarmschaltung 490, ein Filter 488 für eine Schwellwertfetektorsignalschaltung 498 und einen Pol eines Sechsfachmeßgerätumschalters 144 miteinander verbindet. Die Filter 486 und 488 sollen störendes Rauschen aus dem Signal ausfiltern, damit ein vorzeitiges Ertönen des Alarms oder ein Aufleuchten einer roten Lampe verhindert werden. Das Ausgangssignal des Filters 86 gelangt über die Schwelldetektor alarms chaltung 490 zum Eingang einer mit fünf Eingängen ausgestatteten Oder-Schaltung 492. Die Oder-Schaltung empfängt auch die Alarmsignale von den übrigen vier Kanälen.als Eingangssignale. Ein Signal von einem der fünf Alanndetektoren wird von der Oder-Schätfcung an eine Tonalarmansteuerschaltung 494 angelegt, die eine hörbare Alarmquelle 496 ansteuert. Das Ausgangssignal dos Filters 488 gelangt zu einer Schwellwertdetektorsignalschaltung 498. Ein Alarmsignal wird zu einem Verbindungspunkt 500 geleitet, der eine RotlichtanGteuerschaltung 502 für eine rote Lampe 112 unddioxide and oxygen; the corresponding concentration signals are from the differential amplifier 134 and from Via water vapor correction amplifier 141, of the logarithmic Differential amplifier 136, from the logarithmic differential amplifier 138, from the differential amplifier 140 and from the Level shift unit 150 of the oxygen monitoring circuit derived. Since all of these circuits are constructed in the same way, you only need one with yours Relationship to the rest of the channels. Fig. 11 shows a block diagram of a typical threshold value detector and display circuit which also shows the relationship to the other channels. A concentration signal is applied to a junction 484 which is a filter 486 for a threshold detector alarm circuit 490, a filter 488 for a threshold detector signal circuit 498 and one pole of a six-meter switch 144 connects with each other. The filters 486 and 488 are supposed to filter out disturbing noise from the signal, to prevent the alarm from sounding prematurely or a red lamp lighting up. That The output of the filter 86 passes through the threshold detector alarm circuit 490 to the input one with five Inputs equipped OR circuit 492. The OR circuit also receives the alarm signals from the rest four channels as input signals. A signal from one of the five Alanndetectors is from the Oder estimate applied to a tone alarm drive circuit 494 which drives an audible alarm source 496. The output signal dos filters 488 passes to a threshold detector signal circuit 498. An alarm signal is routed to a connection point 500, which is a red light control circuit 502 for a red lamp 112 and

3f:' " /08793f: '"/ 0879

ein Invertierglied 504 verbindet, dessen Ausgang mit einer Grünlichtansteuerschaltung 506 für eine grüne Lampe 110 verbunden ist. Es sei bemerkt, daß fünf rote und fünf grüne Lampen vorhanden sind, Jeweils eine für jeden der fünf Kanäle. Der Meßgerätumschalter 144 empfängt als Eingangssignale die Konzentrationssignale der fünf Kanäle, und eine Bedienungsperson kann den Schalter in die Abschaltstellung drehen (Fig.1), oder sie kann wahlweise eines dieser Konzentrationssignale an eine Meßgeratansteuer« schaltung 508 anlegen, deren Ausgangssignal am Meßgerät 108 (Fig.1) abgelesen werden kann.an inverter 504 connects, the output of which with a green light drive circuit 506 for a green Lamp 110 is connected. It should be noted that there are five red and five green lamps, one for each each of the five channels. The meter switch 144 receives as input signals the concentration signals of the five Channels, and an operator can turn the switch to the shut-off position (Fig.1), or they can optionally one of these concentration signals to a measuring device control « Apply circuit 508, the output signal of which can be read on measuring device 108 (FIG. 1).

Fig.12 zeigt für die Kanäle im einzelnen eines der zwei Filter und eine der Schwellwertdetektorschaltungen 490 und 498 von Fig.11; es sei daran erinnert, daß in dem System fünf Kanäle verwendet v/erden. Die Filter 486 und 488 sind RC-Filter, von denen jedes eine Eingangsklemme 510 aufweist, die mit einem Widerstand 512 verbunden ist, der an einen Verbindungspunkt 514 zwischen einem an Masse liegenden Kondensator 516 und einem mit der positiven Klemme eines Verstärkers 520 verbundenen Widerstand 518 angeschlossen ist. Die negative Klemme des Verstärkers ist an einen Verbindungspunkt 522 angeschlossen, der einen Rückkopplungswiderstand 524 mit einem am Schleifkontakt eines Potentiometers 528 angeschlossenen Widerstand 526 verbindet. Ein Ende des Widerstandes des Potentiometers ist an einem mit einer positiven Bezugsspannung an einer Klemme 532 verbundenen Widerstand 530 angeschlossen, während das andere Ende mit einem Widerstand 534 verbunden ist, der an einer negativen Bezugsspannung an einer Klemme 536 liegt. Der Schwellwert des Verstärkers 520 wird durch Eizellen des Potentiometers 528 eingestellt, das an die stabilen Bezugsspannungen angeschlossen ist. Die Energiezufuhr für den Verstärker erfolgt aus einerFIG. 12 shows one of the two for the channels in detail Filter and one of the threshold detector circuits 490 and 498 of Figure 11; it should be remembered that in the system five channels used v / ground. Filters 486 and 488 are RC filters, each of which has an input terminal 510 which is connected to a resistor 512 connected to a connection point 514 between one to ground lying capacitor 516 and one with the positive Terminal of an amplifier 520 connected resistor 518 is connected. The negative terminal of the amplifier is connected to a connection point 522 which has a feedback resistor 524 with a sliding contact a potentiometer 528 connected resistor 526 connects. One end of the resistance of the potentiometer is connected to a resistor 530 connected to a positive reference voltage at a terminal 532, while the other end is connected to a resistor 534 which is connected to a negative reference voltage at a Terminal 536 is located. The threshold value of amplifier 520 is set by egg cells of potentiometer 528, that is connected to the stable reference voltages. The power supply for the amplifier comes from one

30 9 8 46/087930 9 8 46/0879

Quelle für positive und negative Versorgungsspannungen, die an Klemmen 538 bzw. 540 angelegt sind. Der Ausgang des Verstärkers 25 liegt an einem Verbindungspunkt 542 zwischen dem Rückkopplungswiderstand 524 und einem Kopplungswiderstand 544; dieser Kopplungswiderstand 544 ist dabei an einen Verbindungspunkt 546 angeschlossen, der die Basis 548 eines Transistors 550 mit der Katode einer Diode 552 verbindet, deren Anode an Masse liegt. Der Emitter 554 des Transistors 550 ist ebenfalls an Masse angeschlossen, während sein Kollektor 556 mit dem Verbindungspunkt zwischen einem an einer positiven Versorgungsspannung an einer Klemme 562 liegenden Lastwiderstand und einer Ausgangsklemme 564 verbunden ist.Source for positive and negative supply voltages applied to terminals 538 and 540, respectively. The exit of amplifier 25 is at connection point 542 between the feedback resistor 524 and a coupling resistor 544; this coupling resistor 544 is connected to a connection point 546 which connects the base 548 of a transistor 550 to the cathode a diode 552, the anode of which is connected to ground. The emitter 554 of transistor 550 is also on Connected to ground, while its collector 556 is connected to the connection point between one on a positive Supply voltage is connected to a terminal 562 lying load resistor and an output terminal 564.

Die Ansteuerschaltungen für. den Tonalarm 596 und die roten und grünen Lampen 110 und 112 von Fig.11 sind gleichartig aufgebaut; daher braucht hier nur eine im einzelnen beschrieben zu werden. Wie aus Fig.11 hervorgeht, sind die Eingangssignale der Ansteuerschaltungen entweder das Ausgangssignal der Oder-Schaltung 492 des Alarmsystems oder die Rotlicht- und Grünlichtsignale der Schwellwertdetektor Signalschaltung 498. Die Eingangsklemme 564f (Fig.13) ist mit einem Widerstand 566 verbunden, der an einem Verbindungspunkt 568 angeschlossen ist, der einen an Masse liegenden Widerstand 570 mit der Basis eines Transistors 574 verbindet. Der Kollektor 576 des Transistors 574 ist an einen Widerstand 578 angeschlossen, der an einer positiven Versorgungsspannung an einer Klemme 580 liegt. Der Emitter 582 des Transistors 574 ist mit der Basis 584 des Transistors 586 und mit Masse verbunden. Der Emitter 588 des Transistors 586 ist über eine Last 592,The control circuits for . the sound alarm 596 and the red and green lamps 110 and 112 of FIG. 11 are constructed in the same way; therefore only one needs to be described in detail here. As can be seen from FIG. 11, the input signals of the control circuits are either the output signal of the OR circuit 492 of the alarm system or the red light and green light signals of the threshold value detector signal circuit 498. The input terminal 564 f (FIG. 13) is connected to a resistor 566 which is connected to a junction point 568 which connects a resistor 570 to the base of a transistor 574, which is connected to ground. The collector 576 of the transistor 574 is connected to a resistor 578 which is connected to a positive supply voltage at a terminal 580. The emitter 582 of the transistor 574 is connected to the base 584 of the transistor 586 and to ground. The emitter 588 of the transistor 586 is connected via a load 592,

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die entweder vom Tonalarm 496 oder von den roten (112) oder grünen (110) Lampen von Fig,11 gebildet wird, mit der positiven Versorgungsspannungsklemme 580 verbunden.either from the tone alarm 496 or from the red (112) or green (110) lamps of FIG. 11 is connected to the positive supply voltage terminal 580.

Der Meßgerätumschalter und die Ansteuerschaltung für die fünf Kanäle von Fig. 11 sind in Fig.14 dargestellt. Die Kanäle 1 bis 5 sind an die Pole des Umschalters 490 angerschloeeen. Der sechste Pol für die Meßgeräteausschaltstellung liegt an Masse. Die Kanalpole des Meßgerätumschalters'490 sind über einen Widerstand 594 mit einem Potentiometer 596 verbunden. Der Schleifkontakt 598 des Potentiometers 596 ist mit einem Verbindungspunkt verbunden, der den Potentiometerwiderstand 602, einen an Masse liegenden Widerstand 6o4 und einen ( der Deutlichkeit halber vom Verbindungspunkt 600 getrennt dargestellten) Verbindungspunkt 6o6 zwischen dem Meßgerät 108 und der Gate-Elektrode 608 eines Feldeffekttransistors 610 miteinander verbindet. Die Drain-Elektrode 612 des Feldeffekttransistors 610 ist mit der negativen Versorgungsspannung an einer Klemme 614 verbunden, und seine Source-Elektrode 616 ist an einen Verbindungspunkt 618 angeschlossen, der die negative Klemme eines Verstärkers 620 mit einem an der positiven Versorgungsspannung an der Klemme 624 liegenden Widerstand 622 miteinander verbindet. Die positive Klemme des Verstärkers 620 liegt an einem Verbindungspunkt 626 zwischen einem mit der positiven Versorgungsspannung an der Klemme 624 verbundenen Widerstand und der Source-Elektrode 630 eines Feldeffekttransistors 632. Die Drain-Elektrode des Feldeffekttransistors 232 ist an die negative Versorgungsspannung an einer Klemme 636 angeschlossen, und seine Gate-Elektrode 638 steht über einen WiderstandThe measuring device switch and the control circuit for the five channels of FIG. 11 are shown in FIG. the Channels 1 to 5 are connected to the poles of switch 490. The sixth pole for the measuring device switch-off position is connected to ground. The channel poles of the measuring device switch'490 are connected to a potentiometer 596 via a resistor 594. The sliding contact 598 of the potentiometer 596 is connected to a connection point which the potentiometer resistor 602, one to Grounded resistor 6o4 and one (shown separately from connection point 600 for the sake of clarity) Connection point 6o6 between the measuring device 108 and the Gate electrode 608 of a field effect transistor 610 connects to one another. The drain electrode 612 of the Field effect transistor 610 is connected to the negative supply voltage at a terminal 614, and its source electrode 616 is at a connection point 618, which connects the negative terminal of an amplifier 620 to a resistor 622 connected to the positive supply voltage at terminal 624 connects with each other. The positive terminal of amplifier 620 is at a connection point 626 between a resistor connected to the positive supply voltage at terminal 624 and the source electrode 630 of a field effect transistor 632. The drain electrode of the field effect transistor 232 is connected to the negative supply voltage connected to a terminal 636, and its gate electrode 638 is through a resistor

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232U05232U05

mit dem Schleifkontakt eines Potentiometers 642 in Verbindung. Der Potentiometerwiderstand 644 des Potentiometers 642 ist mit einem Ende Über einen Widerstand 646 mit dner positiven Bezugsspannung an einer Klemme 648 und mit seinem anderen Ende über einen Widerstand 650 an eine negative Bezugsspannung an einer Klemme 652 angeschlossen.with the sliding contact of a potentiometer 642 in connection. The potentiometer resistor 644 of the potentiometer One end of 642 is connected to the positive reference voltage at a terminal 648 via a resistor 646 and at its other end to a negative reference voltage at a terminal 652 via a resistor 650 connected.

Der Verstärker 620 wird mit Hilfe von positiven und negativen Versorgungsspannungen mit Energie versorgt, die an Klemmen 654 bzw.656 angelegt sind. Der Ausgang des Verstärkers 620 ist mit einem am Meßgerät 108 angeschlossenen Widerstand 658 verbunden. Das Potentiometer 642 wird am Anfang zur Nullstellung des Meßgeräts (oder zur Einstellung der Verstärkerabweichung) verwendet, und das Potentiometer 596 ist am Anfang so eingestellt, daß für ein maximales Eingangssignal ein über die gesamte Meßgeräteskala reichender Ablesewert erzielt wird, der beim beschriebenen System 10V beträgt.The amplifier 620 is made using positive and negative supply voltages that are applied to terminals 654 and 656. The exit of amplifier 620 is connected to a resistor 658 connected to measuring device 108. The potentiometer 642 is used initially to zero the measuring device (or to set the amplifier deviation), and the potentiometer 596 is initially set so that for a maximum input signal one over the entire Reading reaching the measuring device scale is achieved, which in the system described is 10V.

Transimpedanzverstärkerschema für die Sauerstoffdetektorzelle.Transimpedance amplifier scheme for the oxygen detector cell.

Die elektrochemische galvanische Zelle 28 (Fig.15) wird von einer positiven Gleichstromenergiequelle , beispielsweise einer Batterie 146, deren ne^ive Klemme an Masse liegt, mit Vorstrom versorgt. Der Ausgang der elektrochemischen galvanischen Zelle 28 ist an einen Verbindungspunkt 660 angeschlossen, der einen Rückkopplungswiderstand mit der negativen Klemme des Verstärkers 148 verbindet. Die positive Klemme des Verstärkers 148 liegt an Masse; zur Einstellung des Verstärkungsgrades des Verstärkers aufThe electrochemical galvanic cell 28 (Fig.15) is from a source of positive DC power, such as a battery 146, with its ne ^ ive terminal to ground is supplied with bias current. The output of the electrochemical galvanic cell 28 is at a connection point 660 which connects a feedback resistor to the negative terminal of amplifier 148. The positive terminal of amplifier 148 is grounded; to adjust the gain of the amplifier

3 0 a 8 A 6 / 0 8 7 93 0 a 8 A 6/0 8 7 9

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Null wird ein Potentiometer 664 verwendet, dessen Schleifkontakt mit einer negativen Versorgungsspannung an der Klemme 666 verbunden ist. Der Ausgang des Verstärkers 148 liegt an einem Verbindungspunkt 668, der den Rückkopplungswiderstand 662 mit einem Ende eines Widerstandes 669 verbindet, dessen anderes Ende an einen Verbindungspunkt 670 zwischen einem Rückkopplungswiderstand 684 und der negativen Klemme efaes Verstärkers 674 der Pegelverschiebungseinheit 150 (Fig.3) angeschlossen ist. Die positive Klemme des Verstärkers 674 ist mit einem an Masse liegenden Widerstand 676 verbunden. Der Verstärker 674 ist mit einem Einstellpotentiometer 678 versehen, dessen Schleifkontakt mit einer negativen Versorgungsspannung an einer Klemme 680 verbunden ist. Der Ausgang des Verstärkers 674 liegt an einem Verbindungspunkt 682 zwischen einem Rückkopplungswiderstand 684 und einer Ausgangsklemme 686.Die Abgabe des. Ausgangssignals der Pegelverschiebungseinheit 150 erfolgt über die Ausgangsklemme 686 zur Schwell- wertdetektor- und Anzeigeschaltung 142.A potentiometer 664 is used, its sliding contact is connected to a negative supply voltage at terminal 666. The output of amplifier 148 is at a connection point 668 which connects the feedback resistor 662 to one end of a resistor 669, the other end of which to a connection point 670 between a feedback resistor 684 and the negative terminal of amplifier 674 of the level shift unit 150 (Fig. 3) is connected. The positive terminal of amplifier 674 is connected to one ground lying resistor 676 connected. The amplifier 674 is provided with an adjustment potentiometer 678, the Sliding contact is connected to a negative supply voltage at a terminal 680. The output of the amplifier 674 is at a connection point 682 between a feedback resistor 684 and an output terminal 686. Delivery of the output signal of the level shift unit 150 takes place via the output terminal 686 for the threshold value detector and display circuit 142.

ChassistemperaturregelungChassis temperature control

Zum Herabsetzen der Einflüsse von Temperaturänderungen auf das Grubengasüberwachungsgerät ist das System für einen optimalen Betrieb bei einer minimalen Tempratur von 320C (900F) ausgelegt worden. Daher wird das Gehäuse 2(Fig.1) von mehreren Streifenheizelementen auf einer Minimaltemperatur von 320C gehalten, die von der in Fig.16 dargestellten Schaltung angesteuert und geregelt v/erden. In dieser Schaltung ist ein Thermistor 688 enthalten, der mit einem Ende über einen Widerstand 720 an die positive Klemme einer Versorgungespannungsquelle 706 und mit seinem anderen Ende an einem Verbindungspunkt 690 angeschlossen ist, der den KollektorFor reducing the effects of temperature changes on the CMM monitor the system has been designed for optimal operation at a minimum temprature of 32 0 C (90 0 F). Therefore, the housing 2 (Figure 1) is held by a plurality of strip heating elements at a minimum temperature of 32 0 C, which is driven from the position shown in Figure 16 circuit and regulated v / ground. Included in this circuit is a thermistor 688 which has one end connected through a resistor 720 to the positive terminal of a supply voltage source 706 and the other end connected to a junction 690 which is the collector

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eines Konstantstromtransistors 694 mit einem Verbindungspunkt 696 zwischen einem Rückkopplungswiderstand 698 und der negativen Klemme eines Verstärkers 700 verbindet. Der Emitter 702 des Transistors 694 liegt an einem Widerstand 704, der an die negative Klemme der eine Wechselspannung von + 15V abgebenden Versorgungsspannungsquelle 706 angeschlossen ist. Die Basis 708 des Transistors 694 ist an einen Verbindungspunkt 710 angeschlossen,der einen über einen veränderlichen Widerstand 714 mit Masse verbundenen Widerstand 712 mit der Katode einer Diode 716 verbindet, deren Anode über einen Widerstand 718 mit der negativen Klemme der Versorgungsspannungsquelle 706 verbunden ist.a constant current transistor 694 having a connection point 696 between a feedback resistor 698 and the negative terminal of an amplifier 700 connects. The emitter 702 of the transistor 694 is connected to a resistor 704, which is connected to the negative terminal of the supply voltage source 706 connected. The base 708 of the transistor 694 is connected to a connection point 710, the one Resistor 712 connected to ground via variable resistor 714 to the cathode of diode 716 whose anode connects via a resistor 718 to the negative terminal of the supply voltage source 706 connected is.

Die positive Klemme des Rechenverstärkers 700 liegt über einem Widerstand 726 an Masse. Zur Verstärkungseinstellung des Rechenverstärkers 700 ist ein Potentiometer 724, dessen Schleifkontakt an die positive Klemme der Versorgungsspannungsquelle 706 angeschlossen ist, parallel zur ersten und zur zweiten Stufe des Rechenverstärkers geschaltet. Der Ausgang des Rechenvergtärkers 700 ist mit einem Verbindungspunkt 728 zwischen dem Rückkopplungswiderstand 698 und einem Ende eines Widerstandes 730 verbunden. Das andere Ende eines Widerstands 730 ist an einen Verbindungspunkt 732 angeschlossen, der die Katode einer Zero?diode 734, deren Anode an Masse liegt, und die negative Klemme einer NAND-Schaltung 736 verbindet.Die positive Klemme der NAND-Schaltung 736 empfängt eine Reihe von positiven Impulsen, die als differenziertes und abgeschnitten Ausgangs signal einesThe positive terminal of the computing amplifier 700 is connected to ground via a resistor 726. For setting the gain of the processing amplifier 700 is a potentiometer 724, the sliding contact of which is connected to the positive terminal of the Supply voltage source 706 is connected, in parallel with the first and second stages of the computing amplifier switched. The output of the computing amplifier 700 is connected to a connection point 728 between the feedback resistor 698 and one end of a resistor 730 connected. The other end of a resistor 730 is connected to a connection point 732 which is the Cathode of a Zero? Diode 734, the anode of which is connected to ground, and the negative terminal of a NAND circuit 736 connects. The positive terminal of the NAND circuit 736 receives a series of positive pulses, which are used as the differentiated and clipped output signal of a

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Vergleichsverstärkers 738 erzeugt wird, der eine Versorgungsenergie und seine Eingangssignale von der Versorgungsspannungsquelle 706 empfängt. Comparison amplifier 738 is generated, which is a supply energy and receives its inputs from supply voltage source 706.

Die Schaltung ist folgendermaßen aufgebaut: Eine mit einer an Masse liegenden Mittelanzapfung versehene Spule 740 ist ätt die Versorgungsspannungsquelle 706 angeschlossen, damit einem Wider stand 742 positive Halbwellen zugeführt werden, der an einen Verbindungspunkt 744 zwischen einem an Masse liegenden Widerstand 746 und der negativen Klemme des Verstärkers 738 angeschlossen ist.Die positive Klemme des Verstärkers 738 steht über einen Widerstand 741 mit Masse in Verbindung. Eine negative Energiequelle wird an den Verstärker 738 von der negativen Klemme der Verjsorgungsspannungsquelle 706 angelegt. Eine positive Versorgungsenergie erhält der Verstärker über einen Verbindungspunkt 748, der einen an der positiven Klemme der Spannungsversorgungsquelle 706 liegenden Widerstand 750 mit einem Klemmverbindungspunkt 752 zwischen der Katode einer Zenerdiode 754, deren Anode an Masse liegt, und einem ebenfalls an Masse liegenden Kondensator 756 verbindet. Der Ausgang des Vergleichsverstärkers 738 ist mit einer Differenzier- und Begrenzungsschaltung verbunden, die einen Kondensator 758 enthält, der an einen Verbindungspunkt 760 angeschlossen ist. Dieser Verbindungspunkt 760 verbindet die positive Klemme der NAND-Schaltung 736 mit einem Verbindungspunkt 762 zwischen einem an Masse liegenden Widerstand 764 und der Katode einer Diode 766, deren Anode ebenfalls an Masse liegt. Die NAND-Schaltung liefert einen Triggerimpuls an die Basis 768 eines Transistors 770. Der Emitter 772 des Transistors 770 ist an einen Widerstand 774 angeschlossen, der mit einer positiven Versorgungsspannungsquelle an einer Klemme 776The circuit is set up as follows: One with one coil 740 provided at grounded center tap ätt the supply voltage source 706 connected, so that a resistance stood 742 positive half-waves are fed to a connection point 744 between a connected to ground resistor 746 and the negative terminal of amplifier 738. The positive terminal of the amplifier 738 is connected via a resistor 741 Ground in connection. A negative power source is supplied to amplifier 738 from the negative terminal of the supply voltage source 706 created. The amplifier receives positive supply energy via a connection point 748, the one connected to the positive terminal of the voltage supply source 706 resistor 750 with a clamp connection point 752 between the cathode of a Zener diode 754, the anode of which is connected to ground, and a capacitor 756 also connected to ground. The output of the comparison amplifier 738 is connected to a differentiating and limiting circuit, which includes a capacitor 758 connected to a connection point 760. This connection point 760 connects the positive terminal of NAND circuit 736 with a connection point 762 between a grounded resistor 764 and the cathode of a diode 766, whose anode is also connected to ground. The NAND circuit provides a trigger pulse to the base 768 of a Transistor 770. The emitter 772 of the transistor 770 is connected to a resistor 774 which is connected to a positive supply voltage source at a terminal 776

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in Verbindung steht· Der Kollektor 778 des Transistors 770 ist mit der positiven Seite einer Primärwicklung 780 eines Impulstransformators 782 verbunden. Die negative Seite der Primärwicklung 780 ist über einen Widerstand 784 an Masse gelegt. Das negative Ende der Sekundärwicklung 786 des Impulstransformators 782 ist mit einem Element eines Triac 788 verbunden, während ihr positives Ende mit einem Verbindungspunkt 790 zwischen einer Klemme 792 einer 115V-Wechselspannungsquelle und einem weiteren Element des Triac 788 verbunden ist. Der Triac 788 gibt sein Ausgangssignal über einen Heizwiderstand 794 an die Klemme 796 der 115V-Wechselspannungsquelle ab. In dieser Anordnung wird die Wechselstromenergie dem Heizwiderstand 794 nur beim Nulldurchgang des Weehselstromnetzes zugeführt, so daß Stromeinschwingvorgänge und HF-Störungen in der Energieversorgung eliminiert werden.· The collector 778 of the transistor 770 is connected to the positive side of a primary winding 780 of a pulse transformer 782. The negative The side of the primary winding 780 is connected to ground via a resistor 784. The negative end of the secondary winding 786 of the pulse transformer 782 is connected to one element of a triac 788, while its positive end is connected to a connection point 790 between a terminal 792 of a 115V AC voltage source and another element of the Triac 788 is connected. Triac 788 sends its output signal to terminal 796 via a heating resistor 794 the 115V AC voltage source. In this arrangement will the alternating current energy is supplied to the heating resistor 794 only at the zero crossing of the alternating current network, so that current settling processes and HF interference in the power supply can be eliminated.

Temperaturregelung des Bleiselenid-PhotowiderstandsdetektorsTemperature control of the lead selenide photoresistive detector

Der Detektor 100 (Fig.1) kann beispielsweise ein Bleiselenid-Päotowiderstandsdetektor sein, und er enthält eine Photowiderstandszelle, eine thermisch-elektrische Kühlvorrichtung und einen Thermistor. Diese Zelle kann Lichtintensität feststellen; für einen richtigen Betrieb muß sie gekühlt und auf einer konstanten Temperatur gehalten werden. Die thermisch-elektrische Kühlvorrichtung bewirkt die Kühlung des Detektors, und sie wird mit einem Thermistor (Fig.17) geregelt, der zum Überwachen der Detektortemperatur für dessen Temperaturregelung dicht beim Detektor befestigt ist.Die Schaltung für die Detektortemperaturregelung ist in Fig.17 dargestellt. Eine Gleichspannung wird in der üblichen Weise aus einer Viechseistromquelle gewonnen;The detector 100 (FIG. 1) can, for example, be a lead selenide paeotoresistive detector and it contains a photoresist cell, a thermal-electric cooling device and a thermistor. This cell can detect light intensity; for proper operation it must be cooled and be kept at a constant temperature. The thermal-electrical cooling device provides the cooling of the detector, and it is controlled with a thermistor (Fig.17), which is used to monitor the detector temperature for whose temperature control is attached close to the detector. The circuit for the detector temperature control is shown in Fig.17. A direct voltage is obtained in the usual way from a source of electricity from a human being;

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das bedeutet, daß die Wechselstromquelle an einen Transformator 798 eines Vollweggleichrichters über Klemmen 800 und 802 angelegt ist· Die Sekundärwicklung 804 liegt mit einer Mittelanzapfung an Masse. Die positive Klemme der oberen Hälfte der Sekundärwicklung ist an einem Verbindungspunkt 806 zwischen den Emitter eines Transistors 810 und einem Ende eines Widerstandes angeschlossen. Das andere Ende des Widerstandes 816 liegt an der Basis 824 eines Transistors 822. Die negative Klemme der unteren Hälfte der Sekundärwicklung 804 ist an einen Verbindungspunkt 818 angeschlossen, der den Emitter 820 des Transistors 822 mit einem Ende eines Widerstandes verbindet. Das andere Ende des Widerstandes 814 ist an die Basis 826 des Transistors 810 angeschlossen» Der Kollektor 828 des Transistors 810 ist an einen Verbindungspunkt angeschlossen, der den Kollektor 832 des Transistors und einen Filteranschlußpunkt 834 zwischen einem an Masse liegenden Kondensator 836 und einem Ende einer Spule verbindet. Das andere Ende der Spule 838 ist mit einem Verbindungspunkt 840 zwischen einem an Masse liegenden Kondensator 842 und einem weiteren Verbindungspunkt 844 verbunden, der eine Kühlvorrichtung 846 mit dem Kollektor 848 eines Impedanzanpassungstransistors 850 verbindet. Die Basis 852 des Transistors 850 ist an eine thermistorgesteuerte Vorspannungsschaltung angesbhlossen, die eine Brücke 854 mit einem Thermistor.856 enthält. Ein Ende des Thermistors 856 ist mit einem Verbindungspunkt 858 zwischen einem Widerstand 860, der mit einer positiven Versorgungsspannung an einer Klemme 862 liegt, und einem Ende eines Brückenwiderstandes 864 verbunden. Das andere Ende des Brückenwiderstandes 864 ist an einen Verbindungspunkt 866 angeschlossen, der den negativen Rückkopplungskreis that is, the AC power source is fed to a transformer 798 of a full wave rectifier Terminals 800 and 802 is applied · The secondary winding 804 is connected to ground with a center tap. the positive terminal of the upper half of the secondary winding is at connection point 806 between the emitters of a transistor 810 and one end of a resistor. The other end of the resistor 816 lies at the base 824 of a transistor 822. The negative terminal of the lower half of the secondary winding 804 is connected to a Connection point 818 connected, which connects the emitter 820 of the transistor 822 to one end of a resistor connects. The other end of resistor 814 is connected to base 826 of transistor 810 “the collector 828 of transistor 810 is connected to a connection point which is the collector 832 of the transistor and a filter connection point 834 between a grounded capacitor 836 and one end of a coil connects. The other end of the coil 838 is connected to a connection point 840 between one connected to the ground Condenser 842 and another connection point 844 connected, which has a cooling device 846 with the collector 848 of an impedance matching transistor 850 connects. The base 852 of transistor 850 is connected to a thermistor controlled Bias circuit connected which includes a bridge 854 with a thermistor. 856. An end of thermistor 856 is connected to a connection point 858 between a resistor 860 which is connected to a positive Supply voltage is applied to a terminal 862, and one end of a bridge resistor 864 is connected. The other End of the bridge resistor 864 is connected to a junction point 866 which is the negative feedback circuit

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eines Verstärkers 868 mit einem Ende eines Brückenwiderstandes 870 verbindet. Das andere Ende des Brückenwiderstandes 870 ist an einen Verbindungspunkt 872 angeschlossen, der einen Widerstand 874, der an eine an einer Klemme 876 anliegende negative Versorgungsspannung angeschlossen ist, und ein Ende eines Brückenwiderstandes 878 miteinander verbindet. Das andere Ende dieses Brückenwiderstandes 878 ist mit einem Verbindungspunkt 880 zwischen dem Thermistor 856 und der positiven Klemme des Verstärkers 868 verbunden. Der Thermistor 856 ist in die Widerstandsbrücke so eingeschaltet, daß die Brücke seine temperaturabhängigen Widerstandsänderungen feststellt; die Änderung wird dann vom Verstärker 868 verstärkt. Der Verstärker 868 v/ird von positiven und negativen Versorgungsspannungen gespeist, die an die Klemmen 862 und 876 angelegt sind.Eine Einstellung des Verstärkers kann mit Hilfe eines Potentiometers 882 durchgeführt werden, dessen Schleifkontakt mit der an der Klemme 876 anliegenden negativen Versorgungsspannung verbunden 1st. Der Ausgang des Verstärkers 868 liegt an einem Verbindungspunkt 884, der einen Widerstand 868 mit einem RückkopplungsanschluS 888 an einem Ende eines Widerstandes 896 und einer Seite eines Kondensators 892 verbindet. Das andere Ende des Widerstandes 896 und die andere Seite des Kondensators 892 sind an einem Verbindungspunkt 894 zwischen den Brückenanschluß 866 und der negativen Klemme des Verstärkers 898 angeschlossen. Das andere Ende des Widerstandes 886 ist mit einem Verbindungpunkt 896 verbunden, der die Anode einer Diode 898, deren Katode an Masse liegt, mit einem an die Basis 852 des Transistors 850 angeschlossenen Basiswiderstand 900 verbindet. Der Emitter 902 des Transistors 850 liegt am Verbindungspunkt 904 eines an Masse liegenden Widerstandesan amplifier 868 connects to one end of a bridge resistor 870. The other end of the bridge resistor 870 is connected to a connection point 872 which has a resistor 874 connected to a terminal 876 applied negative supply voltage is connected, and one end of a bridge resistor 878 with each other connects. The other end of this bridge resistor 878 connects to a connection point 880 between the thermistor 856 and the positive terminal of amplifier 868. The 856 thermistor is switched into the resistor bridge so that the bridge detects its temperature-dependent changes in resistance; the change is then carried out by the Amplifier 868 reinforced. The amplifier 868 is fed by positive and negative supply voltages, which are applied to terminals 862 and 876. The amplifier can be set using a potentiometer 882, whose sliding contact is connected to the negative supply voltage applied to terminal 876. The output of amplifier 868 is at connection point 884 connecting a resistor 868 to a feedback terminal 888 at one end a resistor 896 and one side of a capacitor 892 connects. The other end of the resistor 896 and the other side of the capacitor 892 are at a junction 894 between the bridge terminal 866 and the negative terminal of amplifier 898. The other end of the resistor 886 is with a connection point 896 connected to the anode of a diode 898, the cathode of which is connected to ground, with a to the base 852 of the Transistor 850 connected base resistor 900 connects. The emitter 902 of the transistor 850 is connected Connection point 904 of a resistor connected to ground

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906 und der Basis 908 eines Transistors 910. Der Emitter 912 des Transistors 910 liegt an Masse, und der Kollektor 914 ist an einen Verbindungspunkt 916 zwischen einem an Masse liegenden Widerstand 918 und der thermischelektrischen Kühlvorrichtung 846 angeschlossen. 906 and the base 908 of a transistor 910. The emitter 912 of the transistor 910 is connected to ground, and the Collector 914 is at a connection point 916 between a grounded resistor 918 and the thermoelectric cooling device 846 connected.

Im Betrieb wird das Gmbengasüberwachungsgerät in einem . Bergwerksschacht angebracht 9 und das Gebläse 58 wird eingeschaltet, damit die abzutastende Luft durch die Probenkammer 6 gezogen wirdo Die Lichtquelle 12 wird eingeschaltet, damit sie infrarotes und sichtbares Licht über das in der Probenkammer 6 enthaltene weiße Optiksystem 18 durch die Luftprobe zum Filter/Zerhacker-Rad 60 schiebt, das ein Bezugsfilter 73 für sichtbares Licht und ein Bezugsfilter 77 für infrarotes Licht sowie ein Detektorfilter 74 für C0e ein Detektorfilter 75 für CO2, ein Detektorfilter für NO2 «ad ein Detektorfilter 78 für CH4 enthält. Das Filter/Zerhacker-Rad 60 wird mit einer Drehzahl von 47 Umdrehungen pro Sekunde gedreht, damit für ^edes Filter und für die auf dem Filter/ Zerhaeker-Rad 60 zwischen den Filtern liegenden Bereiche eine Abtastfrequenz von 47 Hz erzeugt wird. Einmal während jeder Umdrehung lassen das Bezugsfilter 73 für sichtbares Licht und das Bezugsfilter 77 für infrarotes Licht das die Luftprobe durchdringende ."sichtbare und -infrarote Licht durch. Die Filter für die einzelnen Bestandteile lassen Licht in den starken Absorptionsbäadern der zu messenden Bestandteile der Luftprobe duroho Die zwischen den Filtern liegenden Bereiche des Filter/Zerhacker-Rades wirken als schwarze Körper, und sie übertragen Energie lediglich in Abhängigkeit γοη der Temperatur. Die vom Filter/Zerhacker-Rad durchgelassene Energi© gelangt zu einemIn operation, the gas monitoring device is in one. Mine shaft is attached 9 and the fan 58 is switched on so that the air to be scanned is drawn through the sample chamber 6 o The light source 12 is switched on so that infrared and visible light are transmitted through the air sample to the filter / chopper via the white optical system 18 contained in the sample chamber 6. Wheel 60 pushes, which contains a reference filter 73 for visible light and a reference filter 77 for infrared light as well as a detector filter 74 for C0 e, a detector filter 75 for CO 2 , a detector filter for NO 2 «ad a detector filter 78 for CH 4 . The filter / chopper wheel 60 is rotated at a speed of 47 revolutions per second so that a sampling frequency of 47 Hz is generated for each filter and for the areas on the filter / chopper wheel 60 between the filters. Once during each revolution, the reference filter 73 for visible light and the reference filter 77 for infrared light transmit the visible and infrared light penetrating the air sample. The filters for the individual components allow light in the strong absorption baths of the components to be measured in the air sample duroho The areas of the filter / chopper wheel between the filters act as black bodies, and they only transfer energy as a function of the temperature

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Strahlspalter, der das sichtbare Licht in den Detektor 102 für sichtbares Licht und das infrarote Licht in,den Detektor 100 für infrarotes Licht reflektiert. Diese beiden Detektoren erzeugen elektrische Ausgangssignale für Schaltungen, die von Steuersignalen aus der Steuereinheit gesteuert und multiplexiert werden. Die Steuereinheit bewirkt dabei eine Zählung und Decodierung der von den Lichtdetektoren erzeugten elektrischen Impulse, die das durch die im Filter/Zerhacker-Rad 60 angebrachten Öffnungen fallende Licht von Lichtquellen empfangen.Beam splitter that divides the visible light into the visible light detector 102 and the infrared light into the Detector 100 for infrared light reflected. These two detectors generate electrical output signals for circuits, which are controlled and multiplexed by control signals from the control unit. The control unit causes thereby a counting and decoding of the electrical pulses generated by the light detectors, which the openings made in the filter / chopper wheel 60 Receiving light from light sources.

Die Steuereinheit erzeugt die Signale 254, 256, 258, 260, 262, 264 und 270 für eine entsprechende Abtastung der Filter und des Grundlinienbereichs des Zerhackerrades in der folgenden Weise: Während des ersten Rechteckimpulses des Signals 270 wird das Filter/Zerhacker-Rad 60 von der Abtast- und Speicherschaltung 128 abgetastet, und eine Grundlinienspannung wird an einem Eingang der Abtast- und Speicherschaltung 131 gehalten. Während des Rechteckimpulses des Signals 254 wird dann das CO-Filter 74 an einem weiteren Eingang der Abtast-und Speicherschaltung 131 abgetastet, und eine eingestellte CO-Spannung, d.h. eine Spannung, die gleich der Differenz zwischen der CO-Pilterspannung und der Grundlinienspannung ist, wird an einem Eingang des Differenzverstärkers 134 gehalten. Während des zweiten Rechteckimpulses des Signals 270 wird das Filter-Zerhacker-Rad 60 von der Abtast- und Speicherschaltung abgetastet, und an einem Eingang der Abtast- und Speicherschaltung 132 wird eine Grundlinienspannung festgehalten; während des Rechteckimpulses des Signals 256 wird dann das 75 an einem weiteren Eingang der Abtast- undThe control unit generates the signals 254, 256, 258, 260, 262, 264 and 270 for a corresponding scan of the filters and the baseline area of the chopper wheel in the following manner: During the first square pulse of the Signal 270, filter / chopper wheel 60 is sampled by sample and store circuit 128, and a baseline voltage is held at an input of the sample and store circuit 131. During the square pulse of the signal 254, the CO filter 74 is then sampled at a further input of the sampling and storage circuit 131, and a set CO voltage, i.e. a voltage equal to the difference between the CO filter voltage and the baseline voltage is held at one input of differential amplifier 134. While of the second square wave of signal 270 becomes filter chopper wheel 60 from the sample and store circuit sampled, and at an input of the sampling and storage circuit 132 a baseline tension is held; during the square-wave pulse of the signal 256 is then the 75 at another input of the sampling and

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ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

232UQi232UQi

Speicherschaltung 132 abgetastet, und eine eingestellte C02-Spannung wird an einem Eingang des logarithmischen Differenzverstärkers 136 festgehalten. Während des dritten Rechteckimpulses des Signals 270 wird das Filter/Zerhakker-Rad 60 erneut von der Abtast- und Speicherschaltung 128 abgetastet, und an einem Eingang der Abtast- und Speicherschaltung 133 wird eine Grundlinienspannung festgehalten. Während des Rechteckimpulses des Signals 258 wird das CH^-Filter 76 an einem weiteren Eingang der Abtast- und Speicherschaltung 133 abgetastet, und eine eingestellte CH^-Spannung wird an einem Eingang des logarithmischen Differenzverstärkers 138 festgehalten. Während des vierten Rechteckimpulses des Signals 270 wird das Filter/Zerhacker-Rad 60 wieder von der Abtast- und Speicherschaltung 120 abgetastet, und an einem Eingang der Ablast- und Speicherschaltung 122 wird eine Grundlinienspannung festgehalten. Während des Rechteckimpulses des Signals 260 wird dann · das Bezugsfilter 77 für sichtbares Licht an einem weiteren Eingang abgetastet, und eine eingestellte Bezugsspannung für sichtbares Licht wird an einem Ausgang des .Differenzverstärkers 14O festgehalten. Während des fünften Rechteckimpulses des Signals 270 wird das Filter/Zerhacker-Rad 60 wieder von der Abtast- und Speicherschaltung 120 abgetastet, und an einem Eingang der Abtast- und Speicherschaltung 124 wird eine Grundlinienspannung festgehalten. Während des Rechteckimpulses des Signals 262 wird dann das N02-FÜter 77 an einem weiteren Eingang der Abtast- und Speichers'chaltung 124 abgetastet, und eine eingestellte NOp-Spannung wird vom Differenzverstärkers 140 mit der Bezugsspannung für sichtbares Licht verglichen, und es wird eine N02~Spannung erzeugt, die der Konzentration von NO2 in der Luftprobe proportional ist. SchließlichMemory circuit 132 is scanned, and a set CO 2 voltage is held at an input of the logarithmic differential amplifier 136. During the third square pulse of signal 270, filter / chopper wheel 60 is again sampled by sample and store circuit 128 and a baseline voltage is held at one input of sample and store circuit 133. During the square pulse of the signal 258, the CH ^ filter 76 is scanned at a further input of the sampling and storage circuit 133, and a set CH ^ voltage is held at an input of the logarithmic differential amplifier 138. During the fourth square wave of signal 270, filter / chopper wheel 60 is again sampled by sample and store circuit 120 and a baseline voltage is held at one input of load and store circuit 122. During the square-wave pulse of the signal 260, the reference filter 77 for visible light is then scanned at a further input, and a set reference voltage for visible light is retained at an output of the differential amplifier 140. During the fifth square wave of signal 270, filter / chopper wheel 60 is again sampled by sample and store circuit 120 and a baseline voltage is held at one input of sample and store circuit 124. During the square pulse of the signal 262, the N0 2 -FÜter 77 is then sampled at a further input of the sampling and storage circuit 124, and a set NOp voltage is compared by the differential amplifier 140 with the reference voltage for visible light, and it becomes a N0 2 ~ voltage generated, which is proportional to the concentration of NO 2 in the air sample. In the end

3 Q P ·;- 6 6/08793 Q P ·; - 6 6/0879

232140§232140§

wird das Filter/Zerhacker-Rad im Verlauf des sechsten Rechteckimpulses des Signals 270 erneut von der Abtast- und Speicherschaltung 128 abgetastet,und eine Grundlinienspannung wird an einem Eingang der Abtast- und Speicherschaltung 130 festgehalten, worauf während des Rechteckimpulses des Signals 264 das Infrarotbezugsfilter 73 an einem weiteren Eingang der Abtast- und Speicherschaltung 130 abgetastet wird, und es wird ein eingestelltes Infrarotbezugssignal an andere Eingänge des Differenzverstärkers 134 und der logarithmischen Differenzverstärker 136 und 138 angelegt. Dar Differenzverstärker 134 vergleicht die Infrarotbezugsspannung mit der CO-Spannung, und er erzeugt eine der CO-Konzentration der Luftprobe proportionale Spannung, die bezüglich Wasserdampfstörungen nicht korrigiert ist. In gleicher Weise vergleichen die logarithmischen Differenzverstärker 136 und 138 die COg-bzw. CH^-Spannungen mit der Infrarotbezugsspannung, und sie erzeugen Spannungen, die den CO2- und CH^-Konzentrationen der Luftprobe proportional sind.Die der CO-Konzentration proportionale Spannung kann einem Wasserdampfkorrekturverstärker 141 zugeführt und entsprechend den Feuchtigkeitsbedingungen der Luftprobe in diesem Stadium eingestellt werden.the filter / chopper wheel is re-sampled by the sample and store circuit 128 during the sixth square wave of signal 270 and a baseline voltage is held at one input of sample and store circuit 130, whereupon the infrared reference filter 73 during the square wave of signal 264 is sampled at a further input of the sampling and storage circuit 130, and a set infrared reference signal is applied to other inputs of the differential amplifier 134 and the logarithmic differential amplifiers 136 and 138. The differential amplifier 134 compares the infrared reference voltage with the CO voltage, and it generates a voltage proportional to the CO concentration of the air sample, which voltage is not corrected for water vapor disturbances. In the same way, the logarithmic differential amplifiers 136 and 138 compare the COg or. CH ^ voltages with the infrared reference voltage, and they generate voltages proportional to the CO 2 and CH ^ concentrations of the air sample. The voltage proportional to the CO concentration can be fed to a water vapor correction amplifier 141 and adjusted according to the humidity conditions of the air sample at that stage will.

Die CO-, CO2-, CHjTj- und N02-Signale werden zusammen mit dem Sauerstoffsignal der galvanischen Zelle 28 von den Schwellwertdetektor- und Anzeigeschalungen 142 und dem Meßgerätumschalter 144 festgestellt. Wenn die Spannung einer dieser Komponenten den kritischen Wert des zugehörigen Schwellwertdetektors überschreitet, wird ein hörbarer Alarm abgegeben, und eine rote Lampe wird eingeschaltet, die den Bestandteil oder die Bestandteile bezeichnet;The CO, CO 2 , CHjTj and N0 2 signals are determined together with the oxygen signal of the galvanic cell 28 by the threshold detector and display circuits 142 and the measuring device switch 144. If the voltage of any of these components exceeds the critical value of the associated threshold detector, an audible alarm is given and a red lamp is turned on, denoting the component or components;

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zur Anzeige normaler Bedingungen-.werden grüne Lampen verwendet. Die Konzentrationswerte der Bestandteile können wahlweise am Meßgerät angezeigt werden, indem der Meßgerätumschalter betätigt wird.to indicate normal conditions -. green lights used. The concentration values of the constituents can optionally be displayed on the measuring device by pressing the Measuring device switch is operated.

PatentansprücheClaims

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Claims (6)

PatentansprücheClaims ( 1 .J Vorrichtung zur Überwachung eines fließfähigen Mediums mit einer Quelle für elektromagnetische Strahlung, einer Einrichtung zum Lenken der elektromagnetischen Strahlung durch das fließfähige Medium und einen Detektor zum Empfangen der elektromagnetischen Strahlung nach dem Durchtritt durch das' fließfähige Medium, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor derart ausgebildet ist, daß er qualitative Signale erzeugt, die den Bestandteilen des fließfähigen Mediums entsprechen.(1 .J device for monitoring a flowable medium with a source of electromagnetic radiation, a device for directing the electromagnetic Radiation through the flowable medium and a detector for receiving the electromagnetic radiation after passage through the 'flowable medium, characterized in that the detector is designed in such a way that that it generates qualitative signals which correspond to the constituents of the flowable medium. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor derart ausgebildet ist, daß er sowohl qualitative Signale, die den Bestandteilen des fließfähigen Mediums entsprechen als auch quantitative Signale, die den Mengen der Bestandteile des fließfähigen Mediums entsprechen, erzeugen kann.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the detector is designed such that it has both qualitative signals that correspond to the components of the flowable medium as well as quantitative signals, which correspond to the amounts of the constituents of the flowable medium, can generate. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Lenken der elektromagnetischen Strahlung durch das fließfähige Medium derart ausgebildet ist, daß sie einen einzigen optischen Weg für die elektromagnetische Strahlung durch das fließfähige Medium erzeugt und daß der Detektor zur quantitativen und qualitativen Bestimmung jedes Bestandteils des fließfähigen Mediums wahlweise auf die elektromagnetische Strahlung jedes Spektralbandes anspricht, das von den Bestandteilen des fließfähigen Mediums absorbiert wird.3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the device for directing the electromagnetic radiation is formed by the flowable medium in such a way that it has a single optical path for the electromagnetic Radiation generated by the flowable medium and that the detector for quantitative and qualitative Determination of each constituent of the flowable medium optionally on the electromagnetic radiation of each Responds to the spectral band that is absorbed by the constituents of the flowable medium. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Einrichtung zum Lenken der elektromagnetischen Strahlung durch das fließfähige Medium eine spektralbandselektive Vorrichtung enthalten ist, die auf die von der Quelle für elektromagnetische Strahlung4. Apparatus according to claim 3, characterized in that a spectral band-selective in the device for directing the electromagnetic radiation through the flowable medium Device is included acting on the source of electromagnetic radiation 3 0 ': JU6/08793 0 ': JU6 / 0879 232140a232140a ausgehende Strahlung so anspricht, daß sie die elektromagnetische Strahlung gewünschter Spektralbänder nacheinander durchläßt, daß der Detektor auf die elektromagnetische Strahlung, die das fließfähige Medium durchdrungen hat, zur Erzeugung eines Signals anspricht, das die Strahlungsintensität bei den ausgewählten Spektralbändern anzeigt, und daß eine in Abhängigkeit von den Detektorausgangssignal en arbeitende Signalverarbeitungseinrichtung vorgesehen ist, die im wesentlichen simultane Signale erzeugt, die zur Anzeige der Anwesenheit und der Konzentration der Bestandteile des fließfähigen Mediums auf die Konzentration der ausgewählten Spektralbänder bezogen sind.outgoing radiation responds to the electromagnetic radiation of desired spectral bands one after the other lets through the detector on the electromagnetic radiation that the flowable Has penetrated medium, to generate a signal that is responsive to the radiation intensity at the selected Indicates spectral bands, and that a function of the detector output signal s operating signal processing device is provided, which generates substantially simultaneous signals that are used to display the Presence and concentration of the constituents of the flowable medium on the concentration of the selected spectral bands are related. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dieEinrichtung zum Lenken der elektromagnetischen Strahlung durch das fließfähige Medium eine spektralbandselektive Vorrichtung enthält , die in Abhängigkeit vom Ausgangssignal eines optischen Systems derart arbeitet, daß sie die elektromagnetische Strahlung gewünschter Spektralbänder nacheinander durchläßt, daß der Detektor in Abhängigkeit von der von der spektralbandselektiven Vorrichtung durchgelassenen elektromagnetischen Strahlung Signale erzeugt, die die Strahlungsintensität bei den ausgewählten Spektralbändern anzeigen, und daß eine in Abhängigkeit von den DetektorausgangsSignalen arbeitende Signalverarbeitungseinrichtung vorgesehen ist, die im wesentlichen simultane Signale erzeugt, die zur Anzeige der Anwesenheit und der Konzentration von Bestandteilen in dem fließfähigen Medium auf die Konzentration der ausgewählten Spektralbänder bezogen sind.5. Apparatus according to claim 3, characterized in that that the device for directing the electromagnetic radiation through the flowable medium is spectral band selective Contains a device which operates as a function of the output signal of an optical system in such a way that that it transmits the electromagnetic radiation of desired spectral bands one after the other, that the detector as a function of the electromagnetic radiation transmitted by the spectral band-selective device Generates signals which indicate the radiation intensity at the selected spectral bands, and that one signal processing device operating in dependence on the detector output signals is provided which Generates essentially simultaneous signals indicative of the presence and concentration of constituents in the flowable medium are related to the concentration of the selected spectral bands. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung eine Multiplexieranordnung zur kontinuierlichen Überwachung ausgewählter Komponenten der elektrischen Signale enthält.6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the signal processing device is a multiplexing arrangement for continuous monitoring of selected components of the electrical signals. 3 0 9 8 4 6/08793 0 9 8 4 6/0879 LeerseiteBlank page
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